撮像システムおよび逆空間光学設計を用いる方法
【課題】光学撮像実行を容易にする撮像システム（１０）および方法（６００）が得られる。
【解決手段】システム（１０）は、１つ以上のレセプターを有するセンサー（２０）と、センサーおよびレセプターをオブジェクト視界（５４）に縮尺する像伝達媒体（３０）を含む。センサー（２０）に付随するコンピュータ（８２４）、メモリー（８６４）および／またはディスプレイ（８６４）は、像を作りおよび／または像を処理するためにレセプターからの出力に関係する情報を保存および／または表示する。ここで、複数の照明源（６０）を、像伝達媒体（３０）に結合して使用することもできる。像伝達媒体（３０）は、レセプターに関係するピッチ（１１６）をオブジェクト視界（５４）内の回折限界スポット（５０）に相互に関係づけるｋ空間フィルタ（１１０）として構成され得る。ここで、ピッチ（１１６）は、オブジェクト視界（５４）内の回折限界スポット（５０）のサイズとほぼ同じサイズに単位毎に位置づけられる。
【解決手段】システム（１０）は、１つ以上のレセプターを有するセンサー（２０）と、センサーおよびレセプターをオブジェクト視界（５４）に縮尺する像伝達媒体（３０）を含む。センサー（２０）に付随するコンピュータ（８２４）、メモリー（８６４）および／またはディスプレイ（８６４）は、像を作りおよび／または像を処理するためにレセプターからの出力に関係する情報を保存および／または表示する。ここで、複数の照明源（６０）を、像伝達媒体（３０）に結合して使用することもできる。像伝達媒体（３０）は、レセプターに関係するピッチ（１１６）をオブジェクト視界（５４）内の回折限界スポット（５０）に相互に関係づけるｋ空間フィルタ（１１０）として構成され得る。ここで、ピッチ（１１６）は、オブジェクト視界（５４）内の回折限界スポット（５０）のサイズとほぼ同じサイズに単位毎に位置づけられる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願）
この出願は、２００１年７月６日に出願し、「撮像システムおよび逆空間光学設計を用いる方法」と題する米国特許出願番号０９／９００，２１８の利益を主張する。
【０００２】
本願発明は、概して像および光学システムに関する。より詳しくは、センサー特性をオブジェクト視界に投影する像伝達媒体により撮像実行を容易するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
顕微鏡により、小物体の拡大像を得ることが容易となる。レンズが１枚の単純な顕微鏡にくらべ、対象物からの光が２枚のレンズを通ることで、より高倍率に拡大できる。複合顕微鏡は２枚以上の凸レンズからなり、これらのレンズは、両方のレンズが順に光を屈折するように互いに直線上に配置されている。その結果、それぞれのレンズが単独で拡大するよりも高倍率に拡大された像を作ることができる。対象物を照らした光は、最初に対物レンズと呼ばれる短焦点距離レンズまたはレンズ群を通り、次に接眼レンズと呼ばれる長焦点距離レンズまたはレンズ群を通る前に一定の距離を進む。レンズ群は、単にレンズと単数で呼ばれることが多い。通常この２つのレンズは、第１のレンズの中心線が第２のレンズの中心線と同じ方向になるように、互いに近軸関係に配置される。観察者の目にどの程度の倍率で拡大された像が得られるかは、レンズの特質、特性、レンズ同士の関係および対物レンズと対象物との関係によって決まる。
【０００４】
第１のレンズまたは対物レンズは、通常焦点距離が非常に短い小さいレンズである。標本または対象物は、照明するのに十分な輝度を有する光源の経路に置かれる。そして、標本が完全にレンズの焦点までではないが焦点に非常に近づくまで対物レンズを下げる。標本から放たれ、対物レンズを通過した光は、顕微鏡内の一般に中間画面と呼ばれる場所で、レンズの裏側に反転され、拡大された実像を結ぶ。第２のレンズまたは接眼レンズは、焦点距離がより長く、対物レンズで作られた像が焦点距離よりも短い距離（即ちレンズの焦点距離内）で接眼レンズに達するように顕微鏡中に配置される。ここで、対物レンズからの像は接眼レンズの対象となる。この対象は焦点距離の内側にあるので、反転され、拡大された虚像である第２の像を結ぶように第２のレンズは光を屈折する。これが、観察者の目に映る最終像である。
【０００５】
対象物から放たれた光が焦点を結ばず、チューブレンズを通過するまでは集光しないで、投影された像が拡大および観察のために接眼レンズの焦点距離に位置する並行光線束となるような無限共役比特性を有する対物レンズを、一般の無限空間または無限遠補正顕微鏡は用いる。上述した複合顕微鏡のように多くの顕微鏡は、接眼レンズを通してある適度の画質の像が人間の目に見えるように設計されている。像がモニター上に映るように、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーのような機械視覚センサーを顕微鏡につなぐのは難しい。これは、接眼レンズを通して人間の目で直接見る像に比べ、センサーによって得られ人間の目に映る画質は劣るからである。その結果、小さな物を拡大し、観察し、試験しおよび分析するための従来の光学システムでは、技術者が接眼レンズを通してモニタリングする際に、慎重な注意を払わなければならないことが多かった。モニターまたは他の出力ディスプレイ装置に表示される、上述の像センサーから得られる機械視覚またはコンピュータベースの像表示が、観察者が接眼レンズを通してみる際の画質に及ばないのは、このような理由による。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下に本発明のいくつかの態様の基礎的な理解のために簡素化した本発明の概要を示す。この概要は、本発明の広範囲にわたる概観ではない。この概要は、本発明の鍵となるものでも重要な構成要件を特定するものでもなく、本発明の範囲の外縁を決めるものでもない。この概要の唯一の目的は、後に示すより詳細な説明の前置きとして、平易な態様で本発明のいくつかの概念を示すものである。
【０００７】
本発明は、光学撮像システムの撮像実行を容易にするシステムおよび方法に関する。光学および／または撮像システムのいくつかのパラメーターについて、従来システムに比べ多種の性能向上が実現される（例えばより大きい有効分解倍率、より大きい作動距離、絶対空間分解能の向上、視野空間フィールドの向上、被写界深度の増大、およそ１の変調伝達関数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、油浸対物レンズおよび接眼レンズを要しないなど）。センサーのレセプターが、オブジェクト視界内の回折限界ポイントまたはスポットに関係するスケールまたはサイズとほぼ同様のスケールまたはサイズでオブジェクト視界を効率的に占めるように縮尺する（例えば「位置づける（ｍａｐｐｅｄ）」、「サイズを合わせる」、「投影する」、「一致させる」、「縮小する」）ように、像伝達媒体（例えば１つ以上のレンズ、ファイバー光学媒体または他の媒体）を１つ以上のレセプター（例えばピクセル）を有するセンサーに適合させることにより、性能が向上する。したがって、投影されたレセプターのサイズ（センサーから物体空間に向かう方向の投影）がｋ空間を満たすように、フーリエ空間または「ｋ空間」（ｋ−ｓｐａｃｅ）などとして知られる空間周波数の帯域フィルタリングが達成される。
【０００８】
言い換えると、ｋ空間への変換が達成されるように、像伝達媒体は適合され、構成されおよび／または選択され、原理から推論する設計決定により目的のｋ空間または帯域周波数が全域にわたり実質的に維持され、ｋ空間周波数より高いおよび低い周波数が低減される。ｋ空間周波数より高いおよび低い周波数は、ぼけおよびコントラストの減少を引き起こす傾向があり、変調伝達関数および「光学ノイズ」に対する内在的制約を決定する従来の光学システム設計に一般に関係する。これは、本発明のシステムおよび方法が従来の幾何近軸光線設計に対して反対または対照であることを示している。その結果、従来システムに関係する既知の光学設計上の多くの制約が、本発明によって軽減される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様により、物平面と像平面との関係の変調伝達関数（ＭＴＦ）を「単位毎に位置づける（ユニットマッピングする（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ））」ことを特徴とする「ｋ空間」設計、システムおよび方法が提供される。ｋ空間設計は、最適の理論関係を向上させるために像平面ピクセルまたはレセプターを物平面に向けて投影する。これは、像センサーレセプターと、レセプターサイズにしたがって一致する投影された物平面単位（例えばオブジェクト視界の最小の分解可能なポイントまたはスポットにより規定される単位）との間で実質的に一対一に対応することを特徴とする。ｋ空間設計は、「単位毎の位置づけ（ユニットマッピング（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ））」または「単位毎の一致（ユニットマッチング（ｕｎｉｔ−ｍａｔｃｈｉｎｇ））」が、ｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）の物体および像の両方のスペクトル成分が実質的に一致するまたは量子化されることを示唆する効率的な「内部空間フィルタ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）」として作用することを特徴とする。ｋ空間設計により得られる利点は、例えばドライ対物レンズ撮像を行う場合でも、上述のパラメーターについての固有の制約を有する従来の油浸技法を使用しない場合でも、より高い有効分解倍率を実現し、それに基づいたおよびより向上した視界、被写体深度、絶対空間分解能および作動距離を伴うシステムおよび方法を提供することである。
【００１０】
本発明の一態様は、あるピクセルピッチを有する光レセプター配列を伴う光学センサーを含む光学システムに関する。光学センサーに光学的に関係するレンズは、光学システムのピッチおよび目的とする分解能に機能が関係する光学パラメーターで設定される。その結果、レンズは、目的とする分解能を有する物体の一部を、関係する光レセプターの１つに光学経路にそって十分に位置づけるように作用する。
【００１１】
本発明の他の態様は、光学システムの設計方法に関する。この方法は、あるピクセルピッチを有する複数の光レセプターを伴うセンサーを選択することを含む。所望の最小スポットサイズ分解能がシステムおよび構成するレンズに基づいて選択されるか、または、所望の分解能にしたがって複数の光レセプターを像の一部に位置づけるようにピクセルピッチおよび所望の最小スポットサイズに基づく光学パラメーターにより選択された既存のレンズが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様による撮像システムを示す概念ブロック図である。
【図２】本発明の一態様によるｋ空間システム設計を示す線図である。
【図３】本発明の一態様によるセンサーレセプターのマッチングを示す典型的なシステムの線図である。
【図４】本発明の一態様によるセンサーマッチングに際し考慮すべきことを示すグラフである。
【図５】本発明の一態様による変調伝達関数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示すグラフである。
【図６】本発明の一態様による空間フィールド数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｎｕｍｂｅｒ）に関係する性能指数を示すグラフである。
【図７】本発明の一態様による撮像方法を示す系統線図である。
【図８】本発明の一態様による光学パラメーターを選択する方法を示す系統線図である。
【図９】本発明の一態様による典型的な撮像システムを示す概念ブロック図である。
【図１０】本発明の一態様によるモジュール撮像システムを示す概念ブロック図である。
【図１１】本発明の一態様による他の撮像システムを示す図である。
【図１２】本発明の一態様による他の撮像システムを示す図である。
【図１３】本発明の一態様による他の撮像システムを示す図である。
【図１４】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１５】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１６】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１７】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１８】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明および添付する図は、本発明の説明に役立つ態様を詳細に説明する。しかし、この態様は、本発明の原理が利用できるさまざまな方法の内のわずかな部分を示しているにすぎず、本発明はそのような全ての態様およびそれらの均等物も包含するものである。本発明の他の利点および新規な特徴は、図と併せて考えれば以下の本発明の詳細な説明から明らかになる。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明は、光学および／または撮像システムおよび方法に関する。本発明の一態様では、ｋ空間フィルタは、撮像センサーレセプターをオブジェクト視界に相互に関係づける光学媒体のような像伝達媒体から構成され得る。１つ以上の使用目的を達成するためおよび多用途のために、さまざまな照明源も使用することができる。本発明の撮像システムのｋ空間設計は、従来システムにくらべ、実質的に高い有効分解倍率で高い視界（ＦＯＶ）の像を得て、分析（例えば自動のおよび／または手動の）することを可能にする。これは、非常に高い有効分解倍率を得るのに、低倍率の対物レンズに付随して小さい開口数（ＮＡ）を採用することも含む。その結果、非常に高い有効分解倍率で、かなり大きい被写界深度（ＤＯＦ）を有する像をも実現できる。また、ｋ空間設計により、位置を変えても実質的に影響を受け難い均一の照明源を採用しやすくなり、これにより試験方法や分析方法を改善することができる。
【００１５】
本発明の他の一態様により、低倍率から高倍率の有効分解倍率での撮像操作で、対物レンズと物体との距離（例えば作動距離）は一定に保持される。ここで、同程度の（例えば同程度の桁）有効分解倍率値を得るためには従来の顕微鏡システムではずっと小さい（０．０１ｍｍと同程度）物体と対物レンズ間の距離でなければならないのに対して、本発明の標準的な距離はおよそ０．１ｍｍ以上かつおよそ２０ｍｍ以下である。他の態様では、作動距離はおよそ０．５ｍｍ以上かつおよそ１０ｍｍ以下である。本発明は、上述の作動距離に限定されるものではない。多くの場合、上述の作動距離が採用されるが、より小さいかまたはより大きい距離が採用されることもある。さらに油浸および対物レンズの他の屈折率整合媒体または流体は、本発明の所定の有効撮像倍率レベルでは通常必要なく（例えば実質的に向上しない）、それでもなお、無限遠補正対物レンズを採用するシステムを含む従来の種々の顕微鏡光学設計で達成され得る有効分解倍率レベルを上回る。
【００１６】
本発明のｋ空間設計は、小さな「ぼけの円（Ｂｌｕｒ Ｃｉｒｃｌｅ）」または物平面の回折限界ポイント／スポットを、物面および像面に関係する物空間および像空間の「ユニットマッピング（単位毎に位置づけること（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ））」により、実質的に一対一で撮像センサーレセプターまたはピクセルに一致させる設計パラメーターにより規定されることを特徴とする。これにより、本発明の性能および能力が向上する。ｋ空間設計の一つの有力な原理は、数学上の概念に由来する。この数学上の概念とは、物体と像の両方のフーリエ変換はｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）で形成されるので、本発明による光学設計技術と要素構成によって、センサーがｋ空間の物平面に位置づけられる、というものである。本発明では、１つ以上の構成要素を設計しおよび／または選択するために、複数の他の変換またはモデルが利用できる。例えばウェーブレット変換、ラプラス変換（ｓ−変換）、ｚ−変換およびその他の変換が同様に利用できる。
【００１７】
ｋ空間設計方法は、幾何学的な近軸光線追跡および最適化理論に従って設計される従来の光学システムと異なる。これは、物体（例えば組織サンプル、粒子、半導体）および像の周波数成分がｋ空間で同一となり、それゆえ量子化されることを、ｋ空間の最適化が促進するからである。したがって、本発明では、コントラスト対分解能および絶対空間分解能を規定する変調伝達関数（ＭＴＦ）に課せられる特有な制限が実質上ない。例えばｋ空間での量子化は、従来システムでは得られないほど大幅に単一化された変調伝達関数をもたらす。ｋ空間設計により得られる「内部空間フィルタ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）」で投影されたピクセルを「ユニットマッピング」することにより、所望のより低開口数、より低倍率の対物レンズ（例えば通常およそ０．７より低い開口数、およそ５０×より低い）で、高いＭＴＦ、空間分解能および有効分解撮像倍率が得られる。
【００１８】
必要な場合、スペクトルが変化する構成要素、偏光が変化する構成要素および／またはコントラストまたは位相が変化する構成要素のみならず、関係する光学構成要素および照明と共に「無限遠補正」対物レンズを使用することができる。この構成要素は、「無限空間」内の対物レンズと像レンズ間の光路長に含まれる。したがって、光学システムアクセサリーおよびバリエーションを交換可能なモジュールとして、この配置に含むことができる。「無限遠補正」対物レンズを用いる従来の顕微鏡撮像機に比べ、ｋ空間設計は、「ユニットマッピング」概念により無限空間配置を最大限に最適化することができる。これは、従来の顕微鏡システムでは光学補正なしでは典型的にわずか２つの構成要素の追加に限られるのに対して、この「無限空間」配置に挿入できる追加の構成要素の数に特に制限がないことを示唆する。
【００１９】
本発明はまた、透過照明または反射照明のどちらかを採用する必要がある場合、複数の異なるアプリケーションを作動するように構成および再構成できる「ベースモジュール」設計も可能である。これは、実質的にいかなる支距における、実質的に全ての典型的な機械視覚照明構成（例えば暗視野、明視野、位相差）および他の顕微鏡透過技術（ケーラー、アッベ）を含み、そしてＥｐｉ照明およびその変法も含む。ｋ空間設計は環境および機械振動に影響されず、したがって従来の顕微鏡撮像器械に伴う重い構造の機械設計および振動からの隔離が一般に必要ないので、本発明のシステムは複数の信頼性の高い光学機械設計を採用することができる。他の特徴は、必要であれば、記憶装置（例えばローカルデータベース、記憶装置／分析のための遠隔にあるコンピュータへの像データの伝送）および本発明によって得られる像の表示（例えばコンピュータディスプレイ、プリンター、フィルムおよび他の出力媒体）と共にデジタル撮像処理を含むことができる。例えばネットワークまたは他の媒体上を通信される関係するデータパケットを介する像データの通信および表示と共に、像データの遠隔信号処理も提供され得る。
【００２０】
始めに図１において、本発明の一態様である撮像システム１０を示す。撮像システム１０は、像伝達媒体３０と連動して作動する、ピクセルまたは不連続の光検出器（例えば下図３に示すものを参照）などの１つ以上のレセプターを有するセンサー２０を含む。センサー２０の位置の像平面におけるセンサー２０の面積が参照数字３４に示すオブジェクト視界に縮尺するように像伝達媒体３０を適合または設計する。ＸおよびＹ座標平面である参照番号３６は、センサー２０の見かけ上または実質上のサイズがオブジェクト視界３４に縮尺または縮小されることを説明するために示した。方向矢印３８および４０は、センサー２０の見かけ上のサイズをオブジェクト視界３４に向かって縮小する方向を示す。
【００２１】
像伝達媒体３０によって確立されるオブジェクト視界３４は、顕微鏡検査対象の１つ以上のもの（図示せず）を含む物平面４２の位置と関係する。センサー２０は、１つ以上のレセプターを含む種々のサイズおよび形状の実質的にいかなるサイズ、形状および／または技術（例えばデジタルセンサー、アナログセンサー、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー、ＣＭＯＳセンサー、電荷注入素子（ＣＩＤ）センサー、配列センサー、直線走査センサー）でよく、この１つ以上のレセプターは、オブジェクト視界３４の検査対象物から受ける光（例えば可視、非可視）に反応するようにセンサー上で同様な大きさまたは均等の大きさを有している。センサー２０は、オブジェクト視界３４から光を受けると、必要であれば、メモリー（図示せず）などのローカルまたは遠隔の記憶装置へ送信され、例えば実質的に介在するデジタル処理を行わず（例えばセンサーメモリーからディスプレイへのストレートビットマップ）、コンピュータによりメモリーから表示されおよび関係するディスプレイで表示される出力４４を供給する。センサー２０から受けた像データのローカルまたは遠隔の信号処理も行うことができる。例えば出力４４は、電子データパケットに変換され、さらに分析および／または表示するためにネットワークを通しておよび／または無線通信伝送システムおよびプロトコルを介して、遠隔のシステムへ伝送される。同様に、さらに分析および／または表示するために、出力４４は、次のコンピュータシステムへ伝送される前に、ローカルコンピュータメモリーに保存され得る。
【００２２】
像伝達媒体３０による縮尺は、あらかじめ決めた目的のｋ空間周波数を増大させ、あらかじめ決めた周波数外の周波数を低減する、媒体内の新規なｋ空間構成または設計によって決定される。これにより、像伝達媒体３０内で空間周波数の帯域フィルタの効果を有し、倍率よりもむしろ分解能に関して撮像システム１０を明確に特徴づける。以下により詳細に説明するように、ｋ空間設計で規定される撮像システム１０の分解能により、表示された像または保存された像は高有効分解倍率、高絶対空間分解能、大きい被写界深度、大きい作業距離および単一の変調伝達関数に加えその他の特徴を有する。
【００２３】
ｋ空間周波数を決定するために、「ピッチ」または間隔をセンサー２０上の隣り合ったレセプターの間の距離と規定する。このピッチは、隣り合うレセプターの中心から中心までの距離および１つのレセプターのおよそのサイズまたは直径に関係する。センサー２０のピッチは、センサーのナイキスト「カットオフ」周波数帯を決定する。ｋ空間設計はこの周波数帯を増大し、他の周波数を低減する。撮像システム１０でどのように縮尺が決定されるかを説明するために、小さいあるいは回折限界スポットまたはポイント５０を物平面４２に示す。回折限界ポイント５０は、像伝達媒体３０内の光学特性によって決定される最小の分解可能な物体を表しており、以下に詳述する。具体例のためにオブジェクト視界３４の前方に描いた、センサー２０のピッチに応じて決定されたサイズを有する縮尺されたレセプター５４は、オブジェクト視界３４の回折限界ポイント５０とほぼ同じサイズに一致するまたは縮尺される。
【００２４】
言い換えると、センサー２０のいかなるレセプターのサイズでも、像伝達媒体３０を介して、回折限界ポイント５０のサイズとほぼ同じサイズに（または一致するサイズに）効率的にサイズが縮小される。これは、オブジェクト視界３４をセンサー２０の実質的に全てのレセプターで満たす効果も有し、それぞれのレセプターは回折限界ポイント５０と同様なサイズに適度に縮尺される。以下により詳しく説明するように、オブジェクト視界３４内の最小の分解可能な物体またはポイントにセンサー特性を一致させること／マッピングすること（位置づけること（ｍａｐｐｉｎｇ））は、絶対空間分解能に関して撮像システム１０を特徴づけ、したがって、システムの操作能力を向上させる。
【００２５】
本発明では、照明源６０は、照明源からの光量子がセンサー２０のレセプターを起動できるように、その光量子がオブジェクト視界の物体を透過および／または物体から反射するように備えられる。潜在的に自己発光する物体（例えば蛍光性または燐光性の生物または有機材料サンプル、冶金、鉱物および／または他の無機材料など）がセンサー２０を起動するのに十分な放射線を放出する場合、本発明は潜在的に照明源６０を必要としない。しかし、本発明では、発光ダイオードが効率的な照明源６０となる。干渉性および非干渉性源、可視および非可視波長を含む実質的にいかなる照明源６０も適用できる。しかし、非可視波長源にはセンサー２０を適当に調整する。例えば赤外線または紫外線源には、赤外線または紫外線センサー２０をそれぞれ採用する。そのほかの照明源６０には、波長特定照明、広帯域照明、連続照明、ストロボ照明、ケーラー照明、アッベ照明、位相差照明、暗視野照明、明視野照明およびＥｐｉ照明が含まれる。透過性または反射性照明技法（例えば鏡面反射、光の散乱）も適用できる。
【００２６】
図２において、システム１００は本発明の一態様による像伝達媒体を示す。図１に示す像伝達媒体３０は、上述したｋ空間設計概念に応じて規定され、より詳細には、あらかじめ決められたｋ空間周波数帯１１４を増大し、この周波数帯以外の周波数を低減するように適合し、構成しおよび／または選択したｋ空間フィルタによって規定される。これは、センサー（図示せず）の隣り合うレセプター１１６の間の距離であるピッチ「Ｐ」を決定し、レセプター１１６のピッチ「Ｐ」が回折限界スポット１２０とサイズが一致するようにフィルタ１１０内の光学媒体のサイズを決めることにより達成される。回折限界スポット１２０はフィルタ１１０内の媒体の光学特性から決定される。例えばレンズのような光学媒体の開口数により、レンズにより分解できる最小の物体またはスポットが決まる。ピッチのサイズが回折限界スポット１２０のサイズまたはスケールに効率的に一致する、「単位毎に位置づけられる（ユニットマップされる（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｅｄ））」、投影される、相互に関係づけられるおよび／または縮小されるようにフィルタ１１０はｋ空間変換を実行する。
【００２７】
ｋ空間フィルタ１１０を得るために複数の光学構成を用いることができる。このような構成の一つは、ｋ空間変換およびセンサー空間から物空間への縮小を実施するように適合された非球面レンズ１２４により提供される。さらに他の構成は複合レンズ構成１２８によって得ることができ、レンズの組み合わせはフィルタリングおよび縮尺をするように選択される。さらに他の構成は繊維光学テーパ１３２または像用導管を採用することができ、複数の光学繊維または繊維の配列は、センサーのオブジェクト視界へのマッピングを実行するじょうご状に構成される。繊維光学テーパ１３２は、通常センサーと検査対象物との間で物理的に接触している（例えば顕微鏡スライドと接触する）。他のｋ空間フィルタ１１０の構成としては、ホログラフィック（または他の回折または位相構造）の光学構成要素１３６を採用し、本発明によるマッピングを達成するために、ホログラム（または他の回折または位相構造）（例えばコンピュータで生成した、光学的に生成したおよび／または他の方法）により、実質的に平らな光学面を構成するものも考えられる。
【００２８】
ｋ空間フィルタ１１０によって可能となるｋ空間光学設計は、センサーの「有効に投影されるピクセルピッチ」に基づいており、これはセンサー配列構成要素の物理的なサイズを物平面に光学システムを逆に通して追随する（「投影する」）ことにより導いた数字である。この方法では、共役平面および光学変換空間は、有効なレセプターまたはピクセルサイズのナイキストカットオフに一致する。これにより有効分解撮像倍率および視界のみならず、被写界深度および絶対空間分解能も最大化する。したがって、従来の光学系と撮像との組み合わせを規定している従来の近軸光線追跡の幾何光学設計パラメーターに依存しない光学理論の新規な応用が達成される。この点を以下にさらに説明する。
【００２９】
物体および像のフーリエ変換がｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）で（光学システムにより）形成される。これが本発明のｋ空間設計による像最適化で実行される変換である。例えば本発明で採用する光学媒体は、物空間および像空間が実質的にすべての像面および物面について「ユニットマップされる（単位毎に位置づけられる（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｅｄ））」または「ユニットマッチされる（単位毎に一致する（ｕｎｉｔ−ｍａｔｈｃｅｄ））」ことを特徴とする構成を有する標準規格の比較的廉価な「既製の」構成要素によって設計できる。物平面の小さいぼけの円（Ｂｌｕｒ−ｃｉｒｃｌｅ）または回折限界スポット１２０は、像平面のピクセル（例えば選択した像センサーにおける）に実質的に一対一に対応して一致する設計により規定され、したがって画素化した配列のフーリエ変換が一致する。これは、設計によりぼけの円はレセプターまたはピクセルピッチとほぼ同じサイズに光学的に縮尺されることを示唆する。本発明は、ｋ空間フィルタ１１０のような固有な空間フィルタ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）を構成するものとして規定される。このような設計の定義および実施により、ｋ空間の物体および像の両方のスペクトル成分をほぼ同じにすることまたは量子化することが可能となる。これは、センサーの変調伝達関数（ＭＴＦ）（コントラストと空間分解能との比較）が物平面のＭＴＦに一致することも規定している。
【００３０】
図３は、本発明の一態様である光学システム２００を示す。システム２００は複数のレセプターまたはセンサーピクセル２１４を有するセンサー２１２を含む。例えばセンサー２１２は縦Ｍ横Ｎのセンサーピクセル配列２１４であり、Ｍ行とＮ列（例えば６４０×４８０、５１２×５１２、１２８０×１０２４など）である。ＭとＮはそれぞれ整数である。概して正方形のピクセルを有する長方形のセンサー２１２が描かれているが、センサーは実質的にいかなる形状（例えば円、長円形、六角形、長方形など）であってよい。さらに配列内のそれぞれのピクセル２１４は実質的にいかなる形状またはサイズであってもよく、本発明の一態様では、いかなる配列２１２であってもピクセルはほぼ同じサイズかつ形状である。
【００３１】
センサー２１２は、１つ以上のレセプター（またはピクセル）２１４を含む実質的にいかなる技術（例えばデジタルセンサー、アナログセンサー、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー、ＣＭＯＳセンサー、電荷注入素子（ＣＩＤ）センサー、配列センサー、直線走査センサー）であってよい。本発明の一態様では、ピクセル２１４のそれぞれは同様なサイズまたは均等であり、本願に記載するように検査対象物から受ける光（例えば可視、非可視）に反応する。
【００３２】
センサー２１２はレンズネットワーク２１６に関係しており、レンズネットワークは、光学システムに要求される性能およびセンサー２１２のピッチサイズに基づいて設計される。本発明の一態様では、レンズネットワーク２１６は、センサー２１２の位置で確立される像平面におけるセンサー２１２の面積（例えばピクセル２１４）をオブジェクト視界２２０に縮尺する（または投影する）ように作用する。オブジェクト視界２２０は、検査対象の１つ以上の対象物（図示せず）を含む物平面２２２の位置に関係する。
【００３３】
センサー２１２がオブジェクト視界２２０から光を受けると、メモリー（図示せず）などのローカルまたは遠隔の記憶装置へ送信され、例えば実質的に介在するデジタル処理を行わずに（例えばセンサーメモリーからディスプレイへのストレートビットマップ）コンピュータによりメモリーから表示されおよび関係するディスプレイで表示される出力２２６を、センサー２１２は必要であれば供給する。センサー２１２から受けた像データのローカルまたは遠隔の信号処理も行うことができる。例えば出力２２６は、電子データパケットに変換され、さらに分析および／または表示するためにネットワークを通して遠隔のシステムへ伝達される。同様に、さらなる分析および／または表示のために、出力２２６は、次のコンピュータシステムへ伝送される前にローカルコンピュータメモリーに保存され得る。
【００３４】
レンズネットワーク２１６によるピクセル２１４の縮尺（または効率的な投影）は、本発明の一態様による新規なｋ空間構成または設計によって決定される。レンズネットワーク２１６のｋ空間設計は、あらかじめ決めた目的のｋ空間周波数を増大させ、あらかじめ決めた周波数帯以外の周波数を低減する。これにより、レンズネットワーク２１６内で空間周波数の帯域フィルタの効果を有し、倍率よりもむしろ分解能に関して撮像システム２００を明確に特徴づける。以下により詳述するように、ｋ空間設計により規定される撮像システム２００の分解能により、関係する高絶対空間分解能、大きい被写界深度、より大きい作業距離および単一の変調伝達関数に加えその他の特性を伴う高「有効分解倍率（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」（後に述べる性能指数）を有するなど、表示または保存した像は多数の特性が向上する。
【００３５】
ｋ空間周波数を決定するために、「ピッチ」または間隔２２８をセンサー２１２上のそれぞれ隣り合ったレセプター２１４の間と規定する。ピッチ（例えばピクセルピッチ）は、２２８に示すようにそれぞれ隣り合うレセプターの中心から中心への距離と一致し、センサーが全て同じサイズのピクセルを含むときには、ほぼ１つのレセプターのサイズまたは直径である。ピッチ２２８はセンサー２１２のナイキスト「カットオフ」周波数帯を決定する。ｋ空間設計により増大されるのはこの周波数帯であり、他の周波数は低減される。撮像システム２００でどのように縮尺が決定されるかを説明するために、所望の最小分解可能スポットサイズのポイント２３０を物平面２２２に示す。ポイント２３０は、例えばレンズネットワーク２１６の光学特性によって決定される最小の分解可能な物体を表す。すなわち、レンズネットワークは、それぞれのピクセル２１４がオブジェクト視界２２０でポイント２３０の所望の最小分解スポットサイズとほぼ同じサイズに一致するまたは縮尺する光学特性（例えば倍率、開口数など）を有するように構成される。説明のために、縮尺されたレセプター２３２を、センサー２１２のピッチ２２８にしたがって決定されたサイズで、ポイント２３０とほぼ同じサイズを有するように、視界２２０の前方に描く。
【００３６】
例として、レンズネットワーク２１６は、センサー２１２のそれぞれのレセプター（例えばピクセル）２１４のサイズを、システム２００による典型的な分解可能最小スポットサイズであるポイント２３０のサイズとほぼ同じサイズに（例えばサイズが一致する）効率的に縮小するように設計される。ポイント２３０は、回折ルール（例えば回折限界スポットサイズ）によって決定されるように、レンズネットワーク２１６内の光学特性により決定される最小の分解可能な物体に相当するサイズに選択され得る。したがって、レンズネットワーク２１６は、センサー２１２のそれぞれのピクセル２１４を回折限界サイズと同じかまたはより大きい任意のサイズに効率的に縮尺するように設計され得る。例えば分解可能なスポットサイズはこのような基準に適合する所望のいかなる像分解能が得られるようにも選択され得る。
【００３７】
所望の分解能（分解可能なスポットサイズ）を選択した後、分解能にしたがい、ピクセル２１４をオブジェクト視界２２０に縮尺するための倍率を得るようにレンズネットワーク２１６を設計する。これは、オブジェクト視界２２０を実質的にセンサー２１２の全てのレセプターで占める効果を有し、それぞれのレセプターは所望の分解可能なスポットサイズに相当するポイント２３０と同様なサイズに適度に縮尺される。本発明の一態様では、オブジェクト視界２２０内の所望の（例えば最小の）分解可能な物体またはポイント２３０にセンサー特性を一致させること／マッピングすること（位置づけること）は、絶対空間分解能に関して撮像システム２００を特徴づけ、システムの操作性能を向上させる。
【００３８】
さらに例として、この例で単位毎の位置づけ（ユニットマッピング（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ）がなされるように、センサー配列２１２のピクセルピッチ２２８はおよそ１０．０ミクロンであると仮定する。レンズネットワーク２１６は、対物レンズ２３４および第２のレンズ２３６を含む。例えば対物レンズ２３４は、第２のレンズ２３６の無限共役側に配置され、対物レンズと第２のレンズの間隔が自由に変えられる。センサー配列２２０で規定されるセンサー空間から物平面２２２で規定される物空間への縮小のためにレンズ２３４と２３６は相互に関係する。実質的に全てのピクセル２１４が対物レンズ２３４で規定されるオブジェクト視界２２０に投影される。例えばピクセル２１４のそれぞれは、対物レンズ２３４を通して、所望の最小分解可能スポットサイズとほぼ同じサイズに縮尺される。この例では、像平面２２２における所望の分解能は１ミクロンである。したがって、１０倍の倍率は、１０ミクロンのピクセルを物平面２２２に逆投影し、それを１ミクロンのサイズに縮小する。
【００３９】
配列２１２および関係するピクセル２１４のサイズの縮小は、例えばおよそ１５０ミリメートルの焦点距離「Ｄ２」（配列２１２から伝達レンズ２３６まで）を有する伝達レンズ２３６を選択し、およそ１５ミリメートルの焦点距離「Ｄ１」（対物レンズ２３６から物平面２２２まで）を有する対物レンズを選択することにより達成できる。この方法では、ピクセル２１４は、ピクセル１つ当たりおよそ１．０ミクロンのサイズに効率的に縮小され、したがって所望の分解可能スポット２３０のサイズと一致し、オブジェクト視界２２０を「事実上縮小された」ピクセルの配列で満たすことになる。所望の縮尺を得るために１つ以上のレンズの他の構成を採用することができる。
【００４０】
上述の説明を考慮すると、当業者は、本発明の一態様では、光学媒体（例えばレンズネットワーク２１６）が、物空間および像空間が実質的にすべての像面および物面について「ユニットマップされる（単位毎に位置づけられる（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｅｄ））」または「ユニットマッチされる（単位毎に一致する（ｕｎｉｔ−ｍａｔｈｃｅｄ））」ことを特徴とする構成を有する標準規格の比較的廉価な「既製の」構成要素で設計できることを理解できる。レンズネットワーク２１６および特に対物レンズ２３４は、ｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）で物体と像のフーリエ変換を実行する。本発明のｋ空間設計が像の最適化のために機能するのが、この変換である。
【００４１】
物平面の小さなぼけの円（Ｂｌｕｒ−ｃｉｒｃｌｅ）またはエアリーディスク（Ａｉｒｙ ｄｉｓｋ）は、像平面（例えば選択した像センサーにおける）のピクセルをエアリーディスクに実質的に一対一に対応して一致させる設計により規定され、それゆえに画素化した配列のフーリエ変換を一致させることができる。これは、設計により光学的に、エアリーディスクがレンズネットワーク２１６を通してレセプターまたはピクセルピッチとほぼ同じサイズに縮尺されることを示唆する。上述したように、レンズネットワーク２１６は、固有の空間フィルタ（Ｉｎｓｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）（例えばｋ空間フィルタ）を構成するように規定される。このような設計の定義および実施により、ｋ空間の物体および像の両方のスペクトル成分をほぼ同じにすることまたは量子化することが可能となる。これは、本発明の一態様では、センサーの変調伝達関数（ＭＴＦ）（コントラストと空間分解能との比較）を物平面のＭＴＦに一致させることも規定している。
【００４２】
図３に示すように、ｋ空間を対物レンズ２３４および第２のレンズ２３６の間の領域と規定する。本願で説明したユニットマッピングまたはｋ空間マッピングに基づいて、センサー配列２１２をオブジェクト視界２２０に縮小する、位置づける（マッピングする）および／または投影する実質的にいかなる光学媒体、レンズタイプおよび／またはレンズの組み合わせも、本発明の範囲に属する。
【００４３】
図３に示す代表的なレンズ／センサーの組み合わせの新規性を明らかにするために、従来の幾何学的近軸光線技法により選択される従来の対物レンズは、一般に倍率、開口数、焦点距離および対物レンズから得られる他のパラメーターに基づいて選択されることに留意すべきである。したがって、このような対物レンズは、小物体を拡大するために、センサー（または従来の顕微鏡の接眼レンズ）に接近しているかまたはより近い後ろのレンズよりも、より長い焦点距離を有するものになる。これは、物体の拡大像としてセンサーの「部分」に投影される物平面の小物体を拡大することになり、既知の細部のぼけ（例えばレーリー回折およびそのほかの光学系の限界など）、無効倍率の問題およびナイキストエイリアシングやそのほかのセンサーの問題を生じる。本発明のｋ空間設計は従来の幾何学的近軸光線設計原理に代わる方法で作動する。すなわち、レンズ間の関係に示されるように、対物レンズ２３４および第２のレンズ２３６は、センサー配列２１２のサイズをオブジェクト視界２２０に縮小するように働く。
【００４４】
本発明では、照明源２４０は、照明源からの光量子が、センサー２１２のレセプターを起動できるようにオブジェクト視界２２０の物体を透過および／または物体から反射するように備えられる。本発明は、潜在的な自己発光物体（例えば前述のように放射性特質のある物体または標本）がセンサー２１２を起動するのに十分な放射線を放出する場合、潜在的に照明源２４０を必要としない態様が考えられる。実質上、干渉および非干渉源、可視および非可視波長を含むいかなる照明源２４０も適用できる。しかし、非可視波長光源には、センサー２１２をそれに適合させるであろう。例えば赤外線または紫外線源には赤外線または紫外線センサー２１２をそれぞれ採用するであろう。他の適当な照明源２４０には、波長特定照明、広帯域照明、連続照明、ストロボ照明、ケーラー照明、アッベ照明、位相差照明、暗視野照明、明視野照明、Ｅｐｉ照明などを含む。透過性または反射性（例えば鏡面反射、散乱）照明技法も適用できる。
【００４５】
図４は、Ｘ軸上の投影されたピクセルサイズとＹ軸上の回折限界スポットの分解サイズ「Ｒ」との間のマッピング特性および比較のグラフ３００を示す。グラフ３００の頂点３１０は、投影されたピクセルサイズと回折限界スポットサイズとの間のユニットマッピング（単位毎に位置づけること）に相当しており、本発明によるレンズネットワークとセンサー間の最適関係を表す。
【００４６】
対物レンズ２３４（図３）は、最小の分解可能な物体の回折限界サイズ「Ｒ」が、投影されるピクセルサイズよりも小さくなるようには、一般には選択されない。もし選択するならば、「経済的な無駄」が生じ、より精密な情報が失われる（例えばより高い開口数を有するような、必要以上に高価な対物レンズの選択）。これは、境界線３２０の右側に、２つの小さい回折スポット３５０よりも投影されたピクセル３４０を大きく表す参照３３０として示される。反対に、投影されたピクセルサイズよりも大きい回折限界能の対物レンズを選択する場合、ぼけと無効倍率が生じる。これは、境界線３２０の左側に参照番号３６０で示され、投影されたピクセル３７０は回折限界物体３８０よりも小さい。しかし、投影されたピクセルサイズと回折限界スポットとの間に実質的に一対一の対応が達成されなくても、最適マッチングを下回る（例えばグラフ３００の頂点３１０から線３２０の左または右に０．１％、１％、２％、５％、２０％、９５％離れて）システムを設定でき、本発明の一態様では、それでもなお適当な能力を提供できる。したがって、最適ではないマッチングでも本発明の精神および範囲に属するものである。
【００４７】
図３に示したようなシステムのレンズ直径は、例えばフーリエ変換が物体空間からセンサー空間へ実行されたときに、上述の帯域範囲中の目的とする空間周波数（例えばピクセルのサイズと形を規定するのに利用される周波数）が実質的に減衰しないサイズにする。これは一般に、目的とする空間周波数の減衰を軽減するために、より大きい直径のレンズ（例えば約１０から１００ミリメートル）を選択することを意味する。
【００４８】
次に図５では、本発明による変調伝達関数４００を示す。Ｙ軸には、黒と白のコントラストをパーセンテージで規定した変調率を０から１００％で示す。Ｘ軸には、絶対空間分解能を分離の度合いをミクロンに換算して示す。線４１０はどの空間分解能でも変調率がおおむね一定して１００％であることを示す。したがって、本発明では、およそセンサーの信号対雑音感度に課せられる限界までは、変調伝達関数は約１である。実例として、変調率（コントラスト）の減少に従い空間分解能も一般に減少することを特徴とする通常の漸近値をともなう指数曲線である、従来の光学系設計の変調伝達関数を線４２０で示す。
【００４９】
図６は、本発明による、２つの主要な因子である、グラフ５００のＹ軸に示した絶対分解能（Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（ｒａ、単位ミクロン）および同Ｘ軸に示した視界（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）（Ｆ、単位ミクロン）に依存して決定される定量化可能な性能指数（Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）（ＦＯＭ）を示す。「空間フィールド数」（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｎｕｍｂｅｒ）（Ｓ）と呼ばれる妥当な性能指数（ＦＯＭ）は、前記２つの数量の比率で表すことができ、以下のようにＳの値が高いことが撮像には望ましい。
Ｓ＝Ｆ／ＲＡ
【００５０】
線５１０は性能指数（ＦＯＭ）が、全視界にわたりおよび絶対空間分解能の異なる値にわたり、おおむね一定であることを示し、従来のシステムよりも性能が向上している。
【００５１】
図７、８、１４、１５および１６は、本発明による撮像実行を容易にする方法を示す。説明を簡潔にするために、この方法を一連の行為で示し表すが、本発明に従って、ある行為が異なる順序で起こることおよび／またはここに示し表される以外の行為と同時に起こることがあるように、本発明はこの行為の順序に限定されない。例えば代わりに、当業者は、状態図のように相互に関係する一連の状態またはイベントとして、方法を表すことができることを理解するであろう。さらに示したすべての行為が、本発明による方法を実施するのに必要とされるわけではない。
【００５２】
次に図７において６１０では、ユニットマッピングするようにおよびｋ空間設計を最適化するように、回折限界特性がピクセルサイズとほぼ同じサイズであるレンズが選択される。６１４ではまた、ｋ空間内での空間周波数の減少を軽減するレンズ特性が選択される。上述のように、これは一般に、目的とする所望のｋ空間周波数の減衰を軽減するためにより大きい直径の光学系が選択されることを示唆する。６１８では、センサー位置により規定される像平面におけるピッチ「Ｐ」のピクセルが、オブジェクト視界内の（例えばユニットマップされる）回折限界スポットサイズとほぼ同じサイズで、ピッチにしたがってオブジェクト視界に縮尺されるようにレンズ構成を選択する。６２２では、同時モニタリングのためにセンサーからデータを出力することによりおよび／またはコンピュータディスプレイへ直接表示するためメモリーにデータを保存することによりおよび／または続いて起こるローカルまたは遠隔の像処理によりおよび／またはメモリー内での分析により像が作られる。
【００５３】
図８は、本発明の一態様により、光学／撮像システムを設計するために採用することができる方法を示す。この方法は７００で始まり、ここでシステムに適当なセンサー配列が選ばれる。センサー配列は、通常製造者によって規定される既知のピッチサイズを有するレセプターピクセルのマトリクスを含む。センサーは、実質上いかなる形（例えば長方形、円、正方形、三角形など）であってもよい。実例として、ピッチサイズ１０μｍの６４０×４８０ピクセルのセンサーを選ぶと仮定する。本発明の一態様では、光学システムはいかなるタイプおよび／またはサイズのセンサー配列にも設計できる。
【００５４】
次に７１０では、像分解能が規定される。像分解能は、像平面の所望の最小分解可能スポットサイズに相当する。像分解能は、光学システムが設計されるアプリケーションに基づいて決定され、最小回折限界サイズよりも大きいかまたは同じであるいかなる分解能であってよい。したがって、分解能は、実質的にいかなるタイプのアプリケーションにも所望の像分解能を調整して提供できる選択可能な設計パラメーターであることが理解できる。対照的にほとんどの従来システムでは、レンズに固有の空間分解能は所定の波長の回折限界を超えることができないというレーリー回折にしたがって、分解能が限定される傾向がある。
【００５５】
所望の分解能の選択（７１０）の後、その分解能を得るために適した倍率を７２０で決定する。例えば倍率はセンサー配列のピクセルピッチおよび最小分解可能スポットサイズに機能上関係している。倍率（Ｍ）は以下のように示すことができる。
Ｍ＝ｘ／ｙ 式１
式中、ｘはセンサー配列のピクセルピッチであり、ｙは所望の像分解能（最小スポットサイズ）である。それゆえ、ピクセルピッチが１０μｍである上記の例で、所望の像分解能が１μｍであるとすると、式１から１０倍の光学システムであることがわかる。つまり、レンズシステムは、１０μｍピクセルのそれぞれを物平面に逆投影し、それぞれのピクセルを分解可能なスポットサイズ１ミクロンに縮小するように構成される。
【００５６】
図８の方法は、７３０で開口数を決定することも含む。開口数（ＮＡ）は、対物レンズのＮＡを７１０で光学システムに決めた最小分解可能スポットサイズに関係づける確立された回折ルールにしたがって決定される。例として、ＮＡの計算は以下の式に基づく。
ＮＡ＝０．５×λ／ｙ 式２
式中、λは光学システムで使用する光波長であり、ｙは最小スポットサイズである（例えば７１０で決められる）。光学システムがｙ＝１ミクロンの分解スポットサイズを有する例を続け、波長が約５００ｎｍ（例えば緑色光）であると仮定すると、ＮＡ＝０．２５が式２を満たす。比較的廉価な市販の１０倍率の対物レンズが開口数０．２５であることが知られている。
【００５７】
式２で表されるＮＡ、波長および分解能の関係は、対物レンズおよび集光器の性質を規定するさまざまな要素にしたがって異なる方法で表現できる。したがって、本発明の一態様による７３０での決定は、特定の式に限定されず、ＮＡが波長および分解能に機能上関係する既知の一般物理法則に単に従う。選択したセンサー（７００）に応じてレンズパラメーターを設計した後、付随する光学構成要素が、本発明の一態様による光学システム（７４０）を提供するように構成される。
【００５８】
例示のために、図８の方法によって構成された光学システムの例が、顕微鏡デジタル撮像に利用されるものと仮定する。比較として、古典的な顕微鏡では、１ミクロン（およびそれ以下）に近いサイズの構造物を撮像し分解するためには、数百倍の倍率が通常必要である。この基本的な理由は、そのような光学系が、センサーが人間の目であるという状況にあわせて、従来式に設計されているからである。対照的に、図８の方法は、センサーのために光学システムを設計するもので、低コストで著しい性能の向上が得られる。
【００５９】
本発明の一態様によるｋ空間設計方法では、光学システムは既知の一定面積を有する不連続のセンサーに基づいて設計される。その結果、この方法は、センサーサイズを物平面に「逆投影」して倍率因子を計算する、ずっと簡単で信頼性が高くかつ廉価な光学システム設計アプローチを提供できる。第２に本方法により、ある倍率が得られる光学系が、逆投影されたピクセルとほぼ同じサイズのスポットを光学的に分解するのに十分なＮＡを有することが容易となる。有利なことに、本発明の一態様により設計された光学システムは、特注および／または既製の構成要素を使用することができる。したがって、補正された顕微鏡光学系は比較的高価であるが、この例では、好適な結果を得るために廉価な光学系を、本発明の一態様にしたがって利用することができる。本発明の一態様により特注設計の光学系を使用するならば、許容倍率および開口数の範囲がかなり広くなり、既製の光学構成要素を使用する場合に比べかなりの性能向上が実現される。
【００６０】
図１から８に関係して上述した概念に関して、関係する複数の撮像アプリケーションが本発明により可能となり機能が向上する。例えばアプリケーションは、限定されるものではないが、撮像、制御、検査、顕微鏡および／または以下のような他の自動分析を含む。 （１）生物医学的分析（例えば細胞群体計数、組織学、凍結切片、細胞学、血液学、病理学、腫瘍学、蛍光、干渉、位相および他の多くの臨床顕微鏡アプリケーションなど）
（２）粒度測定アプリケーション（例えば医薬製造、塗料製造、化粧品製造、食品処理工学など）
（３）空気品質モニタリングおよび浮遊微小粒子測定（例えばクリーンルーム認証、環境認証など）
（４）光学欠陥分析および他の透過および不透明な物質の両方の高分解能顕微鏡検査に必要とされるもの（冶金、自動半導体検査および分析、自動視覚システム、三次元撮像などの場合）
（５）カメラ、複写機、ＦＡＸ装置および医学システムのような撮像技術
【００６１】
図９、１０、１１、１２および１３は、図１から８に関係して既に上述した概念を採用して構成できる候補システム例を示す。図９は、本発明に応じて適合できる撮像システム８００の光路の系統線図である。
【００６２】
システム８００は、光コンデンサー８０８が受ける照明光を放射する光源８０４を採用する。光コンデンサー８０８からの出力は、偏向ミラー８１２によって、スライドステージ８２０上に照明光を投じる顕微鏡コンデンサー８１６へ導かれ、本発明により、物体（図示しないが、スライドステージ上または内部に設置される）が撮像される。スライドステージ８２０は、コンピュータ８２４によりおよび対物レンズ８３２によって決められた視界内で１つ以上の物体を撮像するための付随するスライド供給装置８２８により、自動に（および／または手動で）設置される。システム８００に描いた対物レンズ８３２および／または他の構成要素は、異なったおよび／または所望の像特性（例えば倍率、焦点、どの物体が視野に現れるか、被写界深度など）を得るために、手動で調節されおよび／またはコンピュータ８２４および付随する制御機器（図示せず）（例えばサーボモーター、チューブスライド、直線および／または回転位置符号器、光学、磁気、電子または他の自動制御機器、制御ソフトウェアなど）によって自動に調節してもよい。
【００６３】
対物レンズ８３２からの光出力を任意の光学ビームスプリッター８４０を通して導き、ビームスプリッター８４０は、光整形光学系８４４および付随する光源８４８を含む補助的なｅｐｉ−照明部８４２とともに（スライドステージ８２０の上から物体を照らすために）働く。ビームスプリッター８４０を通った光を像形成レンズ８５０で受ける。像形成レンズ８５０からの出力を、偏向ミラー８６０を介してＣＣＤまたは他の撮像センサーまたは素子８５４に導く。ＣＣＤまたは他の撮像センサーまたは素子８５４は、物体から受けた光を、コンピュータ８２４へ伝送するためのデジタル情報へ変換し、物体の像は、８６４で同時に使用者に表示できおよび／またはメモリーに保存できる。上述したように、ＣＣＤまたは他の撮像センサーまたは素子８５４でとらえた像を規定するデジタル情報は、コンピュータ８２４によってビットマップ情報としてディスプレイ／メモリー８６４へ送ることができる。必要であれば、検査対象物体を識別しおよび／または分析するために、あらかじめ決めたサンプルまたは像と自動的に比較するような像処理を実行することができる。これは、メモリー８６４内の得られた像データに応用できる実質上いかなるタイプの像処理技術またはソフトウェアを利用できることも含む。
【００６４】
図１０は、本発明の一態様による撮像設計への典型的なモジュールアプローチを表すシステム９００である。システム９００は、例えばおよそ８ミクロン（または他のサイズ）のピクセルピッチを有するセンサー配列９１０に基づいており（例えば既製のカメラに用いられる）、例えば配列サイズは６４０×４８０から１２８０×１０２４（または上述したような他のサイズ）に変えることができる。システム９００はモジュール設計を含んでおり、それぞれのモジュールは他のモジュールと十分に離れているので、精度許容差が緩和される。モジュールは以下のものを含む。
・像形成レンズ９１６および／または偏向ミラー９１８を含むカメラ／センサーモジュール９１４
・ｋ空間領域９２２に挿入するためのｅｐｉ−照明モジュール９２０
・サンプルを保持および提示するモジュール９２４
・コンデンサー９３４を含む光整形モジュール９３０
・ステージの下の照明モジュール９４０
システム９００は例えば以下のような市販の構成要素を有利に採用することができる。
・光を提示するためのコンデンサー光学系９３４（ＮＡ＜＝１）
・（例えばＯｌｙｍｐｕｓ Ｕ−ＳＣ−２）
・任意の倍率のために、物平面での投影されたピクセルピッチが光学系の回折限界分解スポットと長さが同様であるという所望の特性を満たすために選択された、倍率と開口数が例えば（４×、０．１０）、（１０×、０．２５）、（２０×、０．４０）、（４０×、０．６５）の標準のプラン／アクロマート対物レンズ９４４
・（例えばＯｌｙｍｐｕｓ １−ＵＢ２２２、１−ＵＢ２２３、１−ＵＢ２２５、１−ＵＢ２２７）
【００６５】
システム９００は、例えば像形成レンズ９１６がｆ＝１５０ｍｍのアクロマートトリプレットに適合してあるときなどに、補助のおよび／または追加の光学構成要素、モジュール、フィルタなどを９２２のｋ空間領域に挿入するのを容易にするために、対物レンズ９４４と像形成レンズ９１６の間の無限空間（ｋ空間）を利用する。さらに対物レンズ９４４と像形成レンズ９１６の間の無限空間（ｋ空間）は、ｅｐｉ−照明のために光学経路に光を（光形成路を介して）注入するのを容易にするために提供され得る。例えばｅｐｉ−照明のための光形成路は以下のものを含む。
・安定した電流電源により駆動するＬＥＤのような光源９５０
・（例えばＨＰ ＨＬＭＰ−ＣＷ３０）
・光源の均質化および空間仮想光源の使用のための９５０における透過ホログラム
・（例えばＰＯＣ ｌｉｇｈｔ ｓｈａｐｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｌｍ ３０−ｄｅｇｒｅｅ ＦＷＨＭ）
・光源９５０のＮＡを撮像光学系のＮＡに制限するための９６０における可変の開口で、これにより像形成光学経路に入る散乱光の影響を軽減できる
・（例えばＴｈｏｒｌａｂｓ ｉｒｉｓ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ＳＭ１Ｄ１２ ０．５−１２．０ｍｍ ａｐｅｒｔｕｒｅ）
・仮想源９５０から集めた光を最大にして、光源のｋ空間特性を撮像光学系の特性に一致させるために採用される集光レンズ９６０
・（例えばｆ＝５０ｍｍの非球面レンズ、ｆ＝５０ｍｍのアクロマートダブレット）
・同軸光路および像の経路を形成するために採用される一部を反射するビームスプリッター９６４。例えば光学系９６４は、第１面で（４５度の傾斜で）５０％の反射率を与え、第２面には広帯域の反射防止がコートされている。
【００６６】
ステージの下の照明モジュール９４０は、上述のｅｐｉ−照明の構成と実質的に類似した構成である。以下に例示する。
・光源９７０（安定した電流電源で駆動するＬＥＤ）
・（例えばＨＰ ＨＬＭＰ−ＣＷ ３０）
・光源の均質化と空間仮想源の使用のための（光源９７０に付随する）透過ホログラム
・（例えばＰＯＣ ｌｉｇｈｔ ｓｈａｐｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｌｍ ３０−ｄｅｇｒｅｅ ＦＷＨＭ）
・仮想源９７０から集めた光を最大にして、光源のｋ空間特性を撮像光学系の特性に一致させるために採用される集光レンズ９７４
・（例えばｆ＝５０ｍｍの非球面レンズ、ｆ＝５０ｍｍのアクロマートダブレット）
・光源９７０のＮＡを撮像光学系のＮＡに制限するための可変の開口９８０で、これにより像形成光学経路に入る散乱光の影響を軽減できる
・（例えばＴｈｏｒｌａｂｓ ｉｒｉｓ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ＳＭ１Ｄ１２ ０．５−１２．０ｍｍ ａｐｅｒｔｕｒｅ）
・光路を９０度方向を変え、光学モジュールを正確に整列するために微調整に利用される鏡９８８、および
・可変の開口９８０のなかの像を物平面の上に（スライド９９０で）正確に位置を合わせるために採用されるリレーレンズ（図示せず）で、これにより、適当なホログラフィックディフューザの配置とあわせて、ケーラー照明を得ることができる。
・（例えばｆ＝１００ｍｍの単純な平凸レンズ）
【００６７】
上述したように、本発明により得られたデジタル像データを同時に表示しおよび／または保存／処理するためにコンピュータ９９４および付随するディスプレイ／メモリー９９８が備えられる。
【００６８】
図１１は本発明の一態様によるシステム１０００を示す。この態様では、ステージの下の照明モジュール１０１０（例えばケーラー、アッベなど）が透過スライド１０２０（検査対象物体は図示せず）を通して光を投じ、アクロマート対物レンズ１０３０がスライドから光を受け、その光を１０４０の像にとらえるモジュールへ導く。アクロマート対物レンズ１０３０および／またはスライド１０２０は、検査対象物体の位置を定めるためおよび／または対物レンズの位置を定めるために、手動でおよび／または自動に制御される。
【００６９】
図１２は本発明の一態様によるシステム１１００を示す。この態様では、ステージの上のまたはｅｐｉ−照明の照明モジュール１１１０が不透明なスライド１１２０（検査対象物体は図示せず）へ光を投じ、対物レンズ１１３０（複合レンズ装置または他のタイプでもよい）はスライドから光を受け、その光を１０４０の像にとらえるモジュールへ導く。上述したように、対物レンズ１１３０および／またはスライド１１２０は、検査対象物体の位置を定めるためおよび／または対物レンズの位置を定めるために、手動でおよび／または自動に制御される。図１３は、アクロマート対物レンズの代わりに複合対物レンズ１２１０を採用する以外は、図１１のシステム１０００と同様なシステム１２００を示す。
【００７０】
図１から１３に関係して上述した撮像システムおよび処理は、したがって、サンプルの像をとらえ／処理するために利用でき、撮像システムにより生成した像を読み、その像と、数多くの現在のメモリー技術による搭載データ保存装置中のさまざまな像とを比較する処理装置またはコンピュータに撮像システムは連結されている。
【００７１】
例えばコンピュータは比較を実行するための分析構成要素を含むことができる。像処理に利用できる多くのアルゴリズムの内のいくつかは、限定されるものではないが、（他の多くの基礎となる）畳み込み、ＦＦＴ、ＤＣＴ、シニング（またはスケレトニゼーション）、エッジ検出およびコントラスト強調を含む。これらは、通常ソフトウェアによって実行されるが、早く処理するために特殊用途のハードウェアを使用することもある。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）は、一群の離散データ値のフーリエ変換を計算するアルゴリズムである。データ点の有限な群、例えば実環境信号からの周期的なサンプリングを考えると、ＦＦＴはデータの成分周波数の形でそのデータを表す。ＦＦＴは、周波数データから信号を再構築する本質的に正反対の関係も扱う。ＤＣＴ（離散コサイン変換）は、コサインの加重和として波形を表す技術である。像処理のためにデザインされた多様な既存のプログラミング言語があり、限定されるものではないが、これにはＩＤＬ、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ、Ｍａｔｌａｂおよびその他多くの言語が含まれる。また、機能上の像操作および分析を実行するために書かれた専用および特注の像処理アルゴリズムにも特に制限がない。
【００７２】
本発明のｋ空間設計はまた、あるサンプル物体の光学上相関する像処理分析を同時に実行するために、像に含まれるフーリエ周波数情報と、記憶装置に保存された情報とを直接光学的に相関することを可能にする。
【００７３】
図１４は、上述のシステムおよび処理に採用することができる粒度測定アプリケーション１３００を示す。粒度測定は、上述のｋ空間設計概念にしたがって自動的に測定した粒度に照らして、粒子を同時に閉／開ループでモニタリングし、粒子で製造しおよび粒子を制御することを含む。これは、類似のまたは異なったサイズ（ｎの異なったサイズ、ｎは整数）を有する多様な粒子およびｍ形状／次元の粒子（ｍは整数）の粒子識別のための自動分析技術および検出技術を含む。本発明の一態様では、所望の粒子サイズ検出および分析は直接測定アプローチにより達成できる。これは、粒子媒体および関係する粒子分布を実質的に考慮することなしに、ピクセル１つ当たりの絶対空間分解能が撮像された粒子と、長さの単位で直接（または加えて実質上）関係することを意味する。直接測定により、一般に、モデルを作成するのではなく、所定のサンプル中の撮像した粒子の度量衡および形態を得る。これは、モデリングアルゴリズム処理、統計アルゴリズム処理および現行技術にあるモデリングの他の制約を軽減する。したがって、必要であれば、粒子データをモデルにするのでなく直接撮像し測定するので、サンプルの処理および状態のいずれかが問題となり、それが測定の正確度と精度を高める。
【００７４】
粒度測定アプリケーション１３００の１３１０において、粒度測定像パラメーターを決める。例えば基本的な装置設計を、撮像のために上述の所望のピクセル１つ当たりの絶対空間分解能および有効分解倍率に設定できる。これらのパラメーターは、例えば視界（ＦＯＶ）、被写界深度（ＤＯＦ）および作動距離（ＷＤ）を規定する。同時測定は、選択した時間間隔で、一般的なビデオ速度で同時におよび／または像をとらえる所望の速度で、媒体を非同期に撮像することにより達成できる。同時撮像はまた、後の像処理のために選択した時間で像をとらえることにより達成できる。非同期撮像は、後の像処理のために、選択した時間および負荷サイクルで機器照明をパルシングすることにより、選択した時間で像をとらえることで達成できる。
【００７５】
１３２０では、自動（または手動）分析のためにサンプル導入処理を選択する。サンプルは、（限定されるものではないが）以下のあらゆる撮像処理で本発明に適する撮像装置に導入できる。
１） 上述した全ての方法および透過媒体に加えて
２） キュベット、スライドおよび／または透過媒体中の個々の手動サンプル
３） 例えばガスまたは液体の流れの中の粒子の連続流入
４） 反射撮像用に構成された撮像装置で、サンプルは不透明であり、分析する物質に実質的に関係しない不透明な「キャリアー」の上に乗せられる（自動でおよび／または手動で）
【００７６】
１３３０では、処理制御および／またはモニタリングシステムを構成する。粒子の特性（例えばサイズ、形状、形態、断面、分布、密度、パッキングフラクションおよび他のパラメーターが自動に決定できる）の直接測定による処理の同時閉ループおよび／または開ループモニタリング、同処理による製造（例えば粒子サイズに基づく閉ループ）および同処理の制御が構成できる。直接測定技術は任意の粒子サンプルに実施されるが、必要であれば、自動アルゴリズムおよび／または処理は撮像したサンプルにも応用できる。さらに直接測定に基づく粒子のキャラクタライゼーション装置は、直接測定による処理制御、品質制御などを目的に粒子特性をモニターおよび通信するために、実質的に製造工程のいかなる点にも組み込むことができる。
【００７７】
１３４０では、複数の異なるサンプルのタイプを分析のために選択できる。例えば所定のサンプルタイプの粒子特性を制御し、記録しおよび／または通信するための閉フィードバックループ処理システム（必要であれば開ループ技術も含む）の一部である装置での直接測定のために、上述のいかなる形状の粒子サンプルも、連続流入の、定期的なおよび／または非同期の処理に導入することができる。非同期および／または同期（非同期は、イベントによって送られる引き金となる信号でおよび／または撮像を始めるための引き金となる信号を発生するイベントまたは対象によって開始される引き金となる信号で撮像することを意味し、同期は、照明を始動するために送られるタイミング信号で撮像することを意味する。）。非同期および／または同期の撮像は、実質上いかなる粒子流入速度であっても、所望の撮像視界に一致するように照明源をパルシングすることにより達成できる。これは、撮像センサーが処理および分析のために像をとらえ、表示しおよび記録するように、固体照明を所定の負荷サイクルで断続的に「点滅」させるための、例えばコンピュータおよび／または機械の、光学のおよび／または電子のいずれかの「引き金」機構によって制御できる。これが、「動きを止める」というよりは媒体中を流れる粒子の動きを「フリーズ」するために効率的に調節できるならば、照明と撮像を確実に処理できる。その上、これにより後の撮像処理および分析のために視界中のサンプルを撮像できる。
【００７８】
１３４０のｋ空間に基づく粒子特性の直接測定による処理の同時（または実質上同時）閉ループおよび／または開ループのモニタリング、同処理による製造および同処理の制御は、（限定されないが）以下のものを含む広範な処理に応用できる。セラミック、金属粉末、医薬品、セメント、鉱物、鉱石、塗料、粘着剤、顔料、染料、カーボンブラック、フィルタ材料、爆発物、食品調製品、健康および美容のエマルジョン、ポリマー、プラスチック、ミセル、飲料および処理のモニタリングおよび制御を要する粒子をベースとしたさらに多くの物質。
【００７９】
他の応用は、限定されないが、以下のものを含む。
・機器の較正および標準化
・産業衛生調査
・材料研究
・エネルギーおよび燃焼研究
・ディーゼルおよびガソリンエンジンの排気物測定
・産業排出物測定
・基本的なエーロゾル研究
・環境調査
・生物エーロゾル検出
・医薬品研究
・健康および農業の実験
・吸入毒物検査、および／または
・フィルタ試験
【００８０】
１３５０では、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを基礎にしたコンピュータによる像処理／分析を行うことができる。本発明に適合する装置から得た像は、実質的にいかなるハードウェアおよび／またはソフトウェアにしたがって処理できる。像のファイル形式はデジタル形式（例えばとらえた粒子のビットマップ）であるので、ソフトウェアベースの像処理は特注のソフトウェアおよび／または市販のソフトウェアにより達成できる。
【００８１】
分析、キャラクタライゼーションなどは、以下のものによっても行なえる。例えば分析は度量衡（直接測定に基づく）におよび／または比較（データベース）に基づく。比較分析は、既知の粒子の像データのデータベースおよび／またはその変形との比較を含む。高度な像処理は、同時のおよび／または定期的なサンプル測定により像の特性を明らかにし、目録を作成する。データは必要に応じて廃棄しおよび／または記録し、例えば既知のサンプル特性とのデータ照合により適当に選択した反応を始めることができる。さらにあらゆるデータ伝送処理の通信のために、本発明に適合する装置を結合することができる。これは、無線通信、広帯域通信、電話モデム、標準の電気通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）または他のネットワークプロトコル（例えばインターネット、ＴＣＰ／ＩＰ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ケーブルＴＶ伝送など）を含む。
【００８２】
図１５は、上述のシステムおよび処理に採用することができる本発明の一態様による蛍光アプリケーション１４００を示す。ｋ空間システムは、およそ２５０からおよそ４００ｎｍの波長の光（紫外光など）を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの低輝度光源を１４１０に含む光システムを有する本発明に適している。本願に説明したｅｐｉ−照明、トランス照明（または他のタイプ）を得るためにＬＥＤを利用できる。ＬＥＤ（または他の低出力ＵＶ光源）を使用することにより導波管照明も可能となり、ＵＶ光のエバネッセント波結合が物体中で蛍光を励起するようにＵＶ励起波長を検査対象物体を担持する平面に１４２０で導入する。例えばＵＶ光を、物体が位置する基材に対しほぼ直角に投じる。１４３０では、ＬＥＤ（または他の光源またはそれらの組み合わせ）は、あらかじめ決めた時間光を放射できるおよび／または所定の速度でパルスを放射するストロボのような方法で制御できる。１４４０では、１４３０で決めた時間、励起を行なう。１４５０では、物体の自動および／または手動分析を、励起期間（および／またはおよそその期間）中に実施する。
【００８３】
実例として、物体は光源からのＵＶ光の励起に反応して蛍光を発する点で、紫外線に対して感受性がある。蛍光は、物質（有機または無機の）の状態であり、物質が励起光を吸収する間、光を放射し続ける。蛍光は、物質固有の特性（自家蛍光など）でありまた、フルロクロム（ｆｌｕｒｏｃｈｒｏｍｅ）染色または染料を利用することなどによって引き起こされる。物体に関係する異なった状態を知ることを容易にするために、染料は特異なたんぱく質または他の感受性を有するものに対して親和性を有することができる。特殊な例では、蛍光顕微鏡検査および／またはデジタル撮像により、二次蛍光を生ずるさまざまな物質を研究するための方法を得ることができる。
【００８４】
さらに他の例として、ＵＶ ＬＥＤ（または他の光源）により、短時間のＵＶ放射線の強烈なフラッシュを得ることができ、センサー（励起波長に適合したセンサー）により短時間後（例えば数ミリ秒から数秒）の像を作成できる。この様式は、検査している物体（またはサンプル）の蛍光成分の時間減衰特性を調査するのに利用できる。これは、物体の２つの部分（または異なるサンプル）が反応する（例えば連続照明下で実質的に同じ蛍光を発するが、異なる放射減衰特性を持つ）場合に重要である。
【００８５】
ＬＥＤなどの低出力ＵＶ光源を使用する結果、光源からの光により、試験対象物体の少なくとも一部が一般に紫外波長ではない光を放射する。物体の少なくとも一部が蛍光を発するので、物体の異なった特性を解明するために、蛍光を発する前または後の像を、物体が蛍光を発している間に得た像と相互に関係付けることができる。
【００８６】
対照的にほとんどの従来の蛍光システムは、試料に光を当て、次いで通常はフィルタを通して、より明るい励起光からずっと弱い再放射される蛍光を分離するように構成されている。蛍光を検出できるよう、このような従来のシステムは、通常強力な光源を必要とする。例えば光源は水銀またはキセノンアーク（バーナー）ランプであり、蛍光試料を撮像するのに十分強力な高輝度照明を得ることができる。これらのタイプの光源は、使用すると熱くなる（例えば一般的に１００〜２５０ワットランプ）のに加えて、通常寿命が短い（例えば１０〜１００時間）。さらにアークランプは定格寿命を越えて使用すると、非効率的になり破損しやすい傾向があるので、このような従来の光源は、使用時間数を記録するのに役立つように多くの場合タイマーを含む。その上、水銀バーナーの輝度の大部分は近紫外線であるので、水銀バーナーでは、一般に、紫外線から赤外線までの周波数帯にわたる均一な輝度を得ることができない。これは多くの場合、不要な光波長を除く精密フィルタを必要とする。したがって、本発明によるＵＶ ＬＥＤの使用は、電力消費および使用によって生じる熱を低減する、所望のＵＶ波長での実質的に均一な輝度を得ることができる。加えて、ＬＥＤ光源の交換費用は従来のランプよりもずっと低い。
【００８７】
図１６は、本発明の一態様による薄膜アプリケーション１５００を示す。膜および薄膜は、一般用語で薄い層を意味し（それぞれの物質に適した方法で選択した種々の基材の上に被覆された分子の厚さから、顕微鏡でしか見えないほど薄い物質、肉眼で見える物質または複数の物質まで多様）および（限定されないが）以下の何れのものも含む。金属コーティング（例えば部分的なものも含む、反射、不透明および透過コーティング）、光学コーティング（例えば干渉、透過、反射防止、通過帯域、遮断、保護、複数コートなど）、めっき（例えば金属、酸化物、化学、抗酸化、熱めっき（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｎｔｉｎｇ）など）、電気伝導性のもの（例えば被覆または構成されたマクロおよびミクロの回路）、光学的に伝導性のもの（例えば被覆された種々の屈折率の光学物質、マイクロおよびマクロの光学「回路」）。膜は、所望の厚さ、堅さ、連続性、均一性、接着力および所定の被覆膜に関係する他の特性で、ある物質の所望の層を基材の上に沈着させる多様な方法で被覆することを特徴とするあらゆる基材上の他のコーティングおよび層状膜およびフィルム様物質をも含む。関係する薄膜分析は、微小の泡、空間、微細な破片、被覆のきずなどの検出を含む。
【００８８】
１５１０において、ｋ空間システムを本発明の一態様による薄膜分析用に構成する。ｋ空間撮像装置を薄膜検査およびキャラクタライゼーションの問題へ応用することにより、例えば薄膜または膜のきずを特定し特徴を明らかにすることができる。このようなシステムは、以下のことを容易にするために適合できる。
１） すべての種類の被覆薄膜を有する基材の手動観察
２） 合否検査のための、すべての種類の被覆薄膜を有する基材の自動観察／分析およびキャラクタライゼーション
３） コンピュータ制御の比較処理のための、すべての種類の被覆薄膜を有する基材の自動観察およびキャラクタライゼーションで、これは、検証、認証などのための、選択した記録媒体（例えばＣＤ―ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）に書き込んだ像データを含む。
【００８９】
ｋ空間装置は、ピクセル当たりの所望の絶対空間分解能（ＡＳＲ）および所定の有効分解倍率（ＥＲＭ）で撮像するように構成できる。これらのパラメーターにより、例えばＦＯＶ、ＤＯＦおよびＷＤの決定が容易になる。これは、対物レンズに基づく設計構成および／または無色設計構成（例えば広いＦＯＶおよび適度のＥＲＭおよびＡＳＲのために）を含む。照明は、例えば透過照明および／またはｅｐｉ−照明のように、検査条件に基づいて選択する。
【００９０】
１５２０では、走査するような方式で以下により基材を撮像機にのせる。
１） 光学走査方法による光学撮像路長の動き
２） 機械的な動きおよび制御（コンピュータによる自動のまたは操作者による手動の）による検査対象物体の直接の索引付け。これにより、要望に応じ表面全体または表面の部分を検査するのが容易になる。粒度測定の文中で上述したように、選択した時間間隔および／または同時に、基材のそれぞれの走査範囲（例えばＦＯＶによって決める）を、一般的なビデオ速度および／または像をとらえる速度で非同期に撮像できる。索引をつけたおよび／または走査した範囲の像を、後の像処理のために所定の頻度でとらえる。加えてサンプルは、手動でおよび／またはコンベアシステムのような「供給装置」から自動化して装置に導入できる。
【００９１】
１５３０では、薄膜アプリケーションの操作パラメーターを決定し、適用する。典型的な操作パラメーターは、（限定されないが）以下のものを含む。
１） 限定されないが、薄膜の表面（または内部）の粒子および穴を含むさまざまなきずおよび特性の撮像
２） 反射および透明の両方の表面用に必要に応じ変化するモジュール設計
３） 連続して索引をつけた（および／または「走査した」）像範囲を、サイズ、位置および／または数により、（それぞれのサンプル表面の索引の識別と総計で）表面のきずの自動計数および分類
４） 後の手動検査のための欠陥位置の記録
５） 後の移植（例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）または他のプロトコル経由で）のためにまたはコンピュータ、サーバーおよび／またはクライアント上のアーカイブおよび文書化用に、手動および／または自動の像処理のために、標準形式で像を得る、および／または
６） 総面積に依存する数秒から数分の表面当たりの名目走査時間。走査および索引づけの速度は、一般に、サンプル面積および後処理で変わる。
【００９２】
１５４０では、ソフトウェアおよび／またはハードウェアに基づくコンピュータによる像処理／分析を行う。本発明に適合する装置からの像は、実質的にいかなるハードウェアおよび／またはソフトウェア処理でも処理できる。像のファイル形式はデジタル形式（例えばとらえた膜のビットマップなど）なので、ソフトウェアに基づく像処理は、特注のソフトウェアおよび／または市販のソフトウェアによって達成できる。分析、キャラクタライゼーションなどは、以下のものによっても達成できる。例えば分析は、度量衡（直接測定に基づく）におよび／または比較（データベース）に基づく。比較分析は、既知の膜の像データのデータベースおよび／またはその変形と比較することを含む。高度な像処理は、同時および／または定期的なサンプル測定で像の特性を明らかにし、目録を作成する。データは必要に応じて廃棄および／または記録でき、例えば既知のサンプル特性とのデータ照合により、適当に選択した反応を始めることができる。さらにあらゆるデータ伝送処理での通信のために、本発明に適合する装置を結合することができる。これは、無線通信、広帯域通信、電話モデム、標準の電気通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）または他のネットワークプロトコル（例えばインターネット、ＴＣＰ／ＩＰ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ケーブルＴＶ伝送など）を含む。
【００９３】
本発明の他の態様では、上述の撮像システムは、生体物質の改善された撮像システムおよび方法を得るために利用できる生体物質および方法の特性の中でも特に、高有効分解倍率および高空間分解能を得ることができる。本発明の生体物質の撮像システムおよび方法により、生体物質の分類（例えば正常または異常）のみならず生体物質の識別ができる改善された像（高有効倍率、改善された分解能、改善された被写界深度など）の作成が可能である。
【００９４】
生体物質は、細菌、ウイルス、原生動物、真菌および繊毛虫などの微生物（肉眼では観察できないほど小さい生物）；標識または非標識の生物由来の細胞物質（溶解された細胞、細胞間物質または全細胞）、たんぱく質、抗体、脂質および炭水化物のような生物由来の細胞物質；および細胞塊（組織サンプル）、血液、瞳孔、虹彩、指先、歯、皮膚の部分、毛、粘膜、膀胱、胸部、雄／雌の生殖系構成要素、筋肉、血管構成要素、中枢神経系構成要素、肝臓、骨、結腸、すい臓などの生物の部分を含む。本発明の生体物質撮像システムは比較的大きい作動距離を採用することができるので、組織サンプルの摘出の必要なく人体の部分を直接検査してもよい。
【００９５】
細胞は、ヒト細胞、ヒト以外の動物細胞、植物細胞および人工／研究用細胞を含む。細胞は、原核および真核の細胞を含む。細胞は、正常、癌、変異、損傷または異常細胞でもよい。
【００９６】
ヒト以外の細胞の例には、炭疽菌（anthrax）、放線菌属（Actinomycetes spp.）、アゾトバクター（Azotobacter）、バチルス・アンスラシス（Bacillus anthracis）、バチルス・セレウス（Bacillus cereus）、バクテロイデス属（Bacteroides species）、Bordetella pertussis、Borrelia burgdorferi、Campylobacter jejuni、Chlamydia species、Clostridium species、Cyanobacteria、Deinococcus radiodurans、大腸菌（Escherichia coli）、エンテロコッカス（Enterococcus）、Haemophilus influenzae、Helicobacter pylori、Klebsiella pneumoniae、Lactobacillus spp.、Lawsonia intracellularis、Legionellae、Listeria spp.、マイクロコッカス属（Micrococcus spp.）、Mycobacterium leprae、Mycobacterium tuberculosis、Myxobacteria、Neisseria gonorrheoeae、Neisseria meningitidis、Prevotella spp.、シュードモナス属（Pseudomonas spp.）、サルモネラ（Salmonellae）、Serratia marcescens、Shigella species、Staphylococcus aureus、Streptococci、Thiomargarita namibiensis、Treponema pallidum、Vibrio cholerae、Yersinia enterocolitica、Yersinia pestisなどを含む。
【００９７】
さらに生体物質の例は、風邪、感染、マラリア、クラミジア、梅毒、淋病、結膜炎、炭疸病、脳膜炎、ボツリヌス中毒、下痢、ブルセラ症、カンピロバクター（campylobacter）、カンジダ症、コレラ、コクシジウム症（coccidioidomycosis）、クリプトコッカス症（cryptococcosis）、ジフテリア、肺炎、経口伝染病、鼻疽（鼻疽菌（Burkholderia mallei））、インフルエンザ、ライ病、ヒストプラズマ症、レジオネラ病、レプトスピラ症、リステリア症、類鼻疽、ノカルジア症、ノンテュバクロシス マイコバクテリウム（nontuberculosis mycobacterium）、消化性潰瘍、百日咳、肺炎、オウム病、腸炎菌（salmonella enteritidis）、細菌性赤痢、スポロトリクム症、連鎖球菌性咽頭炎、毒素性ショック症候群、トラコーマ、腸チフス、尿路感染症、ライム病などの疾患を起こすものである。後述するように本発明はさらに上述のいかなる疾患の診断方法にも関係する。
【００９８】
ヒト細胞の例は、線維芽細胞、骨格筋細胞、好中性白血球、リンパ球白血球、赤芽球赤血球、骨芽細胞、軟骨細胞、好塩基球白血球、好酸球白血球、脂肪細胞、無脊椎動物の神経細胞（へリックス アスペラ（Helix aspera））、哺乳類神経細胞、副腎髄質細胞、メラニン形成細胞、上皮細胞、内皮細胞；全ての種類の腫瘍細胞（特に、黒色腫、骨髄球性白血病、肺、乳房、卵巣、大腸、腎臓、前立腺、膵臓および精巣の癌）、心筋細胞、内皮細胞、上皮細胞、リンパ球（Ｔ細胞およびＢ細胞）、肥満細胞、好酸球、血管内膜細胞、肝細胞、単核の白血球を含む白血球、ヘモポエティック（haemopoetic）、神経、皮膚、肺、腎臓、肝臓および筋の幹細胞のような幹細胞、破骨細胞、軟骨細胞および他の結合組織細胞、ケラチン生成細胞、メラニン形成細胞、肝臓細胞、腎臓細胞および脂肪細胞を含む。研究用細胞の例は、形質転換細胞、Ｊｕｒｋａｔ Ｔ細胞、ＮＩＨ３Ｔ３細胞、ＣＨＯ、ＣＯＳなどを含む。
【００９９】
細胞株および他の生体物質の有用な材料は、ＡＴＣＣ Ｃｅｌｌ Ｌｉｎｅｓ ａｎｄ Ｈｙｂｒｉｄｏｍａｓ、Ｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ Ｂａｃｔｒｉｏｐｈａｇｅｓ、Ｙｅａｓｔ、Ｍｙｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＢｏｔａｎｙおよびＰｒｏｔｉｓｔｓ：Ａｌｇａｅ ａｎｄ ＰｒｏｔｏｚｏａおよびＡｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏ．（Ｒｏｃｋｖｉｌｌｅ， Ｍｄ．）から入手可能な他のものの中から見出すことができ、これらの全てを本願明細書に引用したものとする。並べ挙げることができる細胞および他の生体物質の例は非常に多く、限定されるものではない。
【０１００】
生体物質の識別および分類により疾患を診断できる場合もある。したがって、本発明は、改善された診断システムおよび方法をも提供する。例えば本発明は、アテローム性動脈硬化症、血管形成、動脈硬化症、炎症、アテローム硬化型心疾患、心筋梗塞、動脈または静脈壁の外傷、神経変性障害および心肺障害に加えて、癌、筋骨格系、消化器系、生殖性系および消化管の病理などの医学病理の検出およびキャラクタライゼーションの方法を提供する。本発明は、ウイルス性および細菌性感染の検出およびキャラクタライゼーションの方法も提供する。本発明により、試験管内および生体内の両方の系で、生体物質に対するさまざまな物質の影響または生理学的活性を評価することも可能である。例えば本発明により、培地で培養する細胞集団または組織に対する薬などのような生理学的物質の影響の評価が可能となる。
【０１０１】
本発明の生体物質撮像システムにより、生体物質サンプルからデータを得るコンピュータによる制御または自動処理制御が可能となる。この点で、生体物質撮像システムに組み合わせるコンピュータまたは処理装置は、種々のタイプの異常細胞のような生体物質の像を含むメモリーまたはデータベースを含んでいるかまたは連結している。これに関係して、正常および異常な生体物質を自動指定してもよい。生体物質撮像システムは、所定の生体物質サンプルから像を得て、その像を、メモリー内の異常細胞の像のようなメモリー内の像と比較する。ある意味で、コンピュータ／処理装置は、収集した像データおよび保存した像データの比較分析を行い、分析結果に基づき、所定の生体物質が何であるかを判定し、所定の生体物質の分類（正常／異常、癌性／非癌性、良性／悪性、感染／非感染などの）を判定し、および／または、状態（診断）を判定する。
【０１０２】
コンピュータ／処理装置が、生体物質サンプルの特定の像と保存した像（異常細胞または同じ生体物質など）の間に十分な類似性があると判断する場合は、その像を保存し、その像に関するデータを生成する。コンピュータ／処理装置が、生体物質サンプルの特定の像と異常細胞／特定の生体物質の保存した像の間に十分な類似性がないと判断する場合は、さらに生体物質サンプルの位置を変え、追加の像とメモリーの像とを比較する。生体物質サンプルの特定の像と生体物質の保存した像の間に十分な類似性があるか否かの決定を助けるために、コンピュータ／処理装置により、統計的な方法を適用できる。コンピュータ／処理装置は、適当なあらゆる相関手段、メモリー、操作システム、分析構成要素およびソフトウェア／ハードウェアを利用できる。
【０１０３】
図１７において、コンピュータによる制御または自動処理制御により、生体物質サンプルから像を得ることができる本発明の一態様である自動生体物質撮像システム１６００の典型的な態様を示す。前述の図１から１６に関係して説明／構成した撮像システム１６０２を、生体物質１６０４の像をとらえるために利用してもよい。撮像システム１６０２を、撮像システム１６０２によって生成された像を読み、その像をデータ記録装置１６０８中のさまざまな像と比較する処理装置１６０６および／またはコンピュータに連結する。
【０１０４】
処理装置１６０６は比較のための分析構成要素を含む。像処理に使用する多くのアルゴリズムの内のいくつかは、（他の多くの基礎となる）畳み込み、ＦＦＴ、ＤＣＴ、シニング（またはスケレトニゼーション）、エッジ検出およびコントラスト強調を含む。これらは、通常ソフトウェアによって実行されるが、早く処理するために特殊用途のハードウェアを使用することもある。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）は、一群の離散データ値のフーリエ変換を計算するためのアルゴリズムである。データ点の有限な群、例えば実環境信号からの周期的なサンプリングを考えると、ＦＦＴはデータの成分周波数の形でそのデータを表す。ＦＦＴは、周波数データから信号を再構築する本質的に正反対の関係も扱う。ＤＣＴ（離散コサイン変換）は、コサインの加重和として波形を表す技術である。像処理のために設計されたさまざまなアプリケーション、例えばＣＥＬＩＰ（像処理用携帯電話言語）およびＶＰＬ（ビジュアルプログラミング言語）などがある。
【０１０５】
データ記録装置１６０８は、１組以上のあらかじめ定められた像を含む。像は、さまざまな生体物質の正常な像および／またはさまざまな生体物質の異常な像（病的な、変異した、物理的に崩壊したものなど）を含んでもよい。データ記録装置１６０８に保存された像は、所定のとらえた像が保存された像と類似しているか否か（または類似の程度）を決定する基礎となる。ある態様では、自動生体物質撮像システム１６００は、生体物質サンプルが正常または異常であるかを判断するのに利用できる。例えば自動生体物質撮像システム１６００は、生体物質サンプル中の癌細胞などの異常細胞の存在を識別でき、所定の疾患または状態の診断が容易になる。他の態様では、自動生体物質撮像システム１６００は、疾患を引き起こす生体物質（前述の疾患を引き起こす細菌など）の存在を同定することによりおよび／または所定の生体物質が細菌のような疾患を引き起こすものに感染しているかを判定することにより、または、ある生体物資が異常（癌）であるかを判定することにより、先に挙げた疾患／疾病を診断できる。
【０１０６】
さらに他の態様では、自動生体物質撮像システム１６００は、由来が不明の生体物質が何であるかを同定するのに利用できる。例えば自動生体物質撮像システム１６００は、白い粉末が炭疽菌を含むかを識別できる。また、自動生体物質撮像システム１６００により、例えばサンプル血液中の白血球または赤血球計数などの生体物質の処理が容易になる。
【０１０７】
遠隔／手動操作のない撮像が容易になるように、サーボモーターまたは物平面内で生体物質サンプルを動かす他の手段を制御する制御装置にコンピュータ／処理装置１６０６を連結してもよい。つまり、オブジェクト視界内に生体物質サンプルスライドを移動するために、モーター、調節器および／または他の機械的手段を採用することができる。
【０１０８】
さらに生体物質検査処理の像は、コンピュータスクリーン、テレビおよび／または閉回路モニターで観察するように最適化されるので、遠隔およびウェブに基づく観察および制御を行ってもよい。同時撮像により、迅速な診断、データ収集／生成などのうち少なくとも１つが容易になる。
【０１０９】
他の態様では、生体物質撮像システムは、ヒトの部分（腕の病変、角膜混濁など）および生成した像に利用できる。像を、特定の種類の異常細胞（メモリーに保存された像）が存在する可能性を特定するように指示されているコンピュータ／処理装置へ（またはインターネットなどのネットワークへ）送ることができる。異常細胞を識別すると、コンピュータ／処理装置は、例えばレーザー、液体窒素、切断器具および／または同様なものなどを使用して異常細胞を取り除く／破壊するようにシステムに指示する。
【０１１０】
図１８は本発明による高度機械視覚システム１８００を表す。システム１８００は、本発明による撮像システム１０（図１）を含む。撮像システム１０は、上記にかなり詳細に説明しており、簡略にするためにそこで述べた詳細についてさらに説明することを省略する。撮像システム１０は製品または処理１８１０に関係するデータを収集するために採用でき、例えば生産量、処理制御、品質制御、試験、検査などに関して、製品または処理１８１０を調節できる制御装置１８２０へ像情報を提供できる。撮像システム１０は、上述のように多くの従来システムでは得られない精度で像データを収集することができる。さらに本撮像システム１０により得られる信頼性の高い像データは、製品または処理１８１０の高効率の機械視覚検査を可能にする。例えば多くの従来の機械視覚システムでは、通常検出できない微小の製品欠陥が、撮像システム１０によって収集された像データの結果、本システム１８００により検出できる。制御装置１８１０は、例えば製造スキームに関係して採用される適当ないかなる制御装置または制御システムであってよい。制御装置１８１０は、機械視覚に基づく制御システムで一般におこなわれるように、欠陥製品または処理を退ける、製品または処理を変更する、製品または処理を受け入れるなどをするために収集した像データを利用できる。システム１８００は、機械視覚に基づく適当なあらゆる状況で使用でき、本発明のそのようなすべての応用は本願付す請求項の範囲に入る。
【０１１１】
例えば本システム１８００は、安定して信頼性の高い半導体ベースの製品を製造するのに装置および／または処理の許容誤差が決定的に重要である半導体製造に関係して使用することができる。したがって、製品１８１０は、例えば半導体ウエハーを表しており、撮像システム１８００は、ウエハー上に形成される素子に関係するデータ（例えば重要な長さ、厚さ、起こり得る欠陥、他の物理的な性状など）を集めるために使用することができる。制御装置１８２０は、さまざまな欠陥を理由にウエハーを退ける、ウエハー上の素子製造に関係して処理を変更する、ウエハーを受け入れるなどをするために収集した像データを利用できる。
【０１１２】
上述の説明は、本発明の好適な態様である。言うまでもなく、考えられる全ての構成要素の組み合わせまたは方法を本発明を説明する目的で記載することは不可能であるが、当業者は、本発明のさらに多くの組み合わせおよび変更が可能であることを認識できる。したがって、本発明は、付した請求項の精神および範囲に入るそのような全ての変更、修正および変形を包含するものである。
【技術分野】
【０００１】
（関連する出願）
この出願は、２００１年７月６日に出願し、「撮像システムおよび逆空間光学設計を用いる方法」と題する米国特許出願番号０９／９００，２１８の利益を主張する。
【０００２】
本願発明は、概して像および光学システムに関する。より詳しくは、センサー特性をオブジェクト視界に投影する像伝達媒体により撮像実行を容易するシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
顕微鏡により、小物体の拡大像を得ることが容易となる。レンズが１枚の単純な顕微鏡にくらべ、対象物からの光が２枚のレンズを通ることで、より高倍率に拡大できる。複合顕微鏡は２枚以上の凸レンズからなり、これらのレンズは、両方のレンズが順に光を屈折するように互いに直線上に配置されている。その結果、それぞれのレンズが単独で拡大するよりも高倍率に拡大された像を作ることができる。対象物を照らした光は、最初に対物レンズと呼ばれる短焦点距離レンズまたはレンズ群を通り、次に接眼レンズと呼ばれる長焦点距離レンズまたはレンズ群を通る前に一定の距離を進む。レンズ群は、単にレンズと単数で呼ばれることが多い。通常この２つのレンズは、第１のレンズの中心線が第２のレンズの中心線と同じ方向になるように、互いに近軸関係に配置される。観察者の目にどの程度の倍率で拡大された像が得られるかは、レンズの特質、特性、レンズ同士の関係および対物レンズと対象物との関係によって決まる。
【０００４】
第１のレンズまたは対物レンズは、通常焦点距離が非常に短い小さいレンズである。標本または対象物は、照明するのに十分な輝度を有する光源の経路に置かれる。そして、標本が完全にレンズの焦点までではないが焦点に非常に近づくまで対物レンズを下げる。標本から放たれ、対物レンズを通過した光は、顕微鏡内の一般に中間画面と呼ばれる場所で、レンズの裏側に反転され、拡大された実像を結ぶ。第２のレンズまたは接眼レンズは、焦点距離がより長く、対物レンズで作られた像が焦点距離よりも短い距離（即ちレンズの焦点距離内）で接眼レンズに達するように顕微鏡中に配置される。ここで、対物レンズからの像は接眼レンズの対象となる。この対象は焦点距離の内側にあるので、反転され、拡大された虚像である第２の像を結ぶように第２のレンズは光を屈折する。これが、観察者の目に映る最終像である。
【０００５】
対象物から放たれた光が焦点を結ばず、チューブレンズを通過するまでは集光しないで、投影された像が拡大および観察のために接眼レンズの焦点距離に位置する並行光線束となるような無限共役比特性を有する対物レンズを、一般の無限空間または無限遠補正顕微鏡は用いる。上述した複合顕微鏡のように多くの顕微鏡は、接眼レンズを通してある適度の画質の像が人間の目に見えるように設計されている。像がモニター上に映るように、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサーのような機械視覚センサーを顕微鏡につなぐのは難しい。これは、接眼レンズを通して人間の目で直接見る像に比べ、センサーによって得られ人間の目に映る画質は劣るからである。その結果、小さな物を拡大し、観察し、試験しおよび分析するための従来の光学システムでは、技術者が接眼レンズを通してモニタリングする際に、慎重な注意を払わなければならないことが多かった。モニターまたは他の出力ディスプレイ装置に表示される、上述の像センサーから得られる機械視覚またはコンピュータベースの像表示が、観察者が接眼レンズを通してみる際の画質に及ばないのは、このような理由による。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以下に本発明のいくつかの態様の基礎的な理解のために簡素化した本発明の概要を示す。この概要は、本発明の広範囲にわたる概観ではない。この概要は、本発明の鍵となるものでも重要な構成要件を特定するものでもなく、本発明の範囲の外縁を決めるものでもない。この概要の唯一の目的は、後に示すより詳細な説明の前置きとして、平易な態様で本発明のいくつかの概念を示すものである。
【０００７】
本発明は、光学撮像システムの撮像実行を容易にするシステムおよび方法に関する。光学および／または撮像システムのいくつかのパラメーターについて、従来システムに比べ多種の性能向上が実現される（例えばより大きい有効分解倍率、より大きい作動距離、絶対空間分解能の向上、視野空間フィールドの向上、被写界深度の増大、およそ１の変調伝達関数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、油浸対物レンズおよび接眼レンズを要しないなど）。センサーのレセプターが、オブジェクト視界内の回折限界ポイントまたはスポットに関係するスケールまたはサイズとほぼ同様のスケールまたはサイズでオブジェクト視界を効率的に占めるように縮尺する（例えば「位置づける（ｍａｐｐｅｄ）」、「サイズを合わせる」、「投影する」、「一致させる」、「縮小する」）ように、像伝達媒体（例えば１つ以上のレンズ、ファイバー光学媒体または他の媒体）を１つ以上のレセプター（例えばピクセル）を有するセンサーに適合させることにより、性能が向上する。したがって、投影されたレセプターのサイズ（センサーから物体空間に向かう方向の投影）がｋ空間を満たすように、フーリエ空間または「ｋ空間」（ｋ−ｓｐａｃｅ）などとして知られる空間周波数の帯域フィルタリングが達成される。
【０００８】
言い換えると、ｋ空間への変換が達成されるように、像伝達媒体は適合され、構成されおよび／または選択され、原理から推論する設計決定により目的のｋ空間または帯域周波数が全域にわたり実質的に維持され、ｋ空間周波数より高いおよび低い周波数が低減される。ｋ空間周波数より高いおよび低い周波数は、ぼけおよびコントラストの減少を引き起こす傾向があり、変調伝達関数および「光学ノイズ」に対する内在的制約を決定する従来の光学システム設計に一般に関係する。これは、本発明のシステムおよび方法が従来の幾何近軸光線設計に対して反対または対照であることを示している。その結果、従来システムに関係する既知の光学設計上の多くの制約が、本発明によって軽減される。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様により、物平面と像平面との関係の変調伝達関数（ＭＴＦ）を「単位毎に位置づける（ユニットマッピングする（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ））」ことを特徴とする「ｋ空間」設計、システムおよび方法が提供される。ｋ空間設計は、最適の理論関係を向上させるために像平面ピクセルまたはレセプターを物平面に向けて投影する。これは、像センサーレセプターと、レセプターサイズにしたがって一致する投影された物平面単位（例えばオブジェクト視界の最小の分解可能なポイントまたはスポットにより規定される単位）との間で実質的に一対一に対応することを特徴とする。ｋ空間設計は、「単位毎の位置づけ（ユニットマッピング（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ））」または「単位毎の一致（ユニットマッチング（ｕｎｉｔ−ｍａｔｃｈｉｎｇ））」が、ｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）の物体および像の両方のスペクトル成分が実質的に一致するまたは量子化されることを示唆する効率的な「内部空間フィルタ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）」として作用することを特徴とする。ｋ空間設計により得られる利点は、例えばドライ対物レンズ撮像を行う場合でも、上述のパラメーターについての固有の制約を有する従来の油浸技法を使用しない場合でも、より高い有効分解倍率を実現し、それに基づいたおよびより向上した視界、被写体深度、絶対空間分解能および作動距離を伴うシステムおよび方法を提供することである。
【００１０】
本発明の一態様は、あるピクセルピッチを有する光レセプター配列を伴う光学センサーを含む光学システムに関する。光学センサーに光学的に関係するレンズは、光学システムのピッチおよび目的とする分解能に機能が関係する光学パラメーターで設定される。その結果、レンズは、目的とする分解能を有する物体の一部を、関係する光レセプターの１つに光学経路にそって十分に位置づけるように作用する。
【００１１】
本発明の他の態様は、光学システムの設計方法に関する。この方法は、あるピクセルピッチを有する複数の光レセプターを伴うセンサーを選択することを含む。所望の最小スポットサイズ分解能がシステムおよび構成するレンズに基づいて選択されるか、または、所望の分解能にしたがって複数の光レセプターを像の一部に位置づけるようにピクセルピッチおよび所望の最小スポットサイズに基づく光学パラメーターにより選択された既存のレンズが用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一態様による撮像システムを示す概念ブロック図である。
【図２】本発明の一態様によるｋ空間システム設計を示す線図である。
【図３】本発明の一態様によるセンサーレセプターのマッチングを示す典型的なシステムの線図である。
【図４】本発明の一態様によるセンサーマッチングに際し考慮すべきことを示すグラフである。
【図５】本発明の一態様による変調伝達関数（Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）を示すグラフである。
【図６】本発明の一態様による空間フィールド数（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｎｕｍｂｅｒ）に関係する性能指数を示すグラフである。
【図７】本発明の一態様による撮像方法を示す系統線図である。
【図８】本発明の一態様による光学パラメーターを選択する方法を示す系統線図である。
【図９】本発明の一態様による典型的な撮像システムを示す概念ブロック図である。
【図１０】本発明の一態様によるモジュール撮像システムを示す概念ブロック図である。
【図１１】本発明の一態様による他の撮像システムを示す図である。
【図１２】本発明の一態様による他の撮像システムを示す図である。
【図１３】本発明の一態様による他の撮像システムを示す図である。
【図１４】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１５】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１６】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１７】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【図１８】本発明の一態様による典型的なアプリケーションを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の説明および添付する図は、本発明の説明に役立つ態様を詳細に説明する。しかし、この態様は、本発明の原理が利用できるさまざまな方法の内のわずかな部分を示しているにすぎず、本発明はそのような全ての態様およびそれらの均等物も包含するものである。本発明の他の利点および新規な特徴は、図と併せて考えれば以下の本発明の詳細な説明から明らかになる。
【００１４】
（発明の詳細な説明）
本発明は、光学および／または撮像システムおよび方法に関する。本発明の一態様では、ｋ空間フィルタは、撮像センサーレセプターをオブジェクト視界に相互に関係づける光学媒体のような像伝達媒体から構成され得る。１つ以上の使用目的を達成するためおよび多用途のために、さまざまな照明源も使用することができる。本発明の撮像システムのｋ空間設計は、従来システムにくらべ、実質的に高い有効分解倍率で高い視界（ＦＯＶ）の像を得て、分析（例えば自動のおよび／または手動の）することを可能にする。これは、非常に高い有効分解倍率を得るのに、低倍率の対物レンズに付随して小さい開口数（ＮＡ）を採用することも含む。その結果、非常に高い有効分解倍率で、かなり大きい被写界深度（ＤＯＦ）を有する像をも実現できる。また、ｋ空間設計により、位置を変えても実質的に影響を受け難い均一の照明源を採用しやすくなり、これにより試験方法や分析方法を改善することができる。
【００１５】
本発明の他の一態様により、低倍率から高倍率の有効分解倍率での撮像操作で、対物レンズと物体との距離（例えば作動距離）は一定に保持される。ここで、同程度の（例えば同程度の桁）有効分解倍率値を得るためには従来の顕微鏡システムではずっと小さい（０．０１ｍｍと同程度）物体と対物レンズ間の距離でなければならないのに対して、本発明の標準的な距離はおよそ０．１ｍｍ以上かつおよそ２０ｍｍ以下である。他の態様では、作動距離はおよそ０．５ｍｍ以上かつおよそ１０ｍｍ以下である。本発明は、上述の作動距離に限定されるものではない。多くの場合、上述の作動距離が採用されるが、より小さいかまたはより大きい距離が採用されることもある。さらに油浸および対物レンズの他の屈折率整合媒体または流体は、本発明の所定の有効撮像倍率レベルでは通常必要なく（例えば実質的に向上しない）、それでもなお、無限遠補正対物レンズを採用するシステムを含む従来の種々の顕微鏡光学設計で達成され得る有効分解倍率レベルを上回る。
【００１６】
本発明のｋ空間設計は、小さな「ぼけの円（Ｂｌｕｒ Ｃｉｒｃｌｅ）」または物平面の回折限界ポイント／スポットを、物面および像面に関係する物空間および像空間の「ユニットマッピング（単位毎に位置づけること（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ））」により、実質的に一対一で撮像センサーレセプターまたはピクセルに一致させる設計パラメーターにより規定されることを特徴とする。これにより、本発明の性能および能力が向上する。ｋ空間設計の一つの有力な原理は、数学上の概念に由来する。この数学上の概念とは、物体と像の両方のフーリエ変換はｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）で形成されるので、本発明による光学設計技術と要素構成によって、センサーがｋ空間の物平面に位置づけられる、というものである。本発明では、１つ以上の構成要素を設計しおよび／または選択するために、複数の他の変換またはモデルが利用できる。例えばウェーブレット変換、ラプラス変換（ｓ−変換）、ｚ−変換およびその他の変換が同様に利用できる。
【００１７】
ｋ空間設計方法は、幾何学的な近軸光線追跡および最適化理論に従って設計される従来の光学システムと異なる。これは、物体（例えば組織サンプル、粒子、半導体）および像の周波数成分がｋ空間で同一となり、それゆえ量子化されることを、ｋ空間の最適化が促進するからである。したがって、本発明では、コントラスト対分解能および絶対空間分解能を規定する変調伝達関数（ＭＴＦ）に課せられる特有な制限が実質上ない。例えばｋ空間での量子化は、従来システムでは得られないほど大幅に単一化された変調伝達関数をもたらす。ｋ空間設計により得られる「内部空間フィルタ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）」で投影されたピクセルを「ユニットマッピング」することにより、所望のより低開口数、より低倍率の対物レンズ（例えば通常およそ０．７より低い開口数、およそ５０×より低い）で、高いＭＴＦ、空間分解能および有効分解撮像倍率が得られる。
【００１８】
必要な場合、スペクトルが変化する構成要素、偏光が変化する構成要素および／またはコントラストまたは位相が変化する構成要素のみならず、関係する光学構成要素および照明と共に「無限遠補正」対物レンズを使用することができる。この構成要素は、「無限空間」内の対物レンズと像レンズ間の光路長に含まれる。したがって、光学システムアクセサリーおよびバリエーションを交換可能なモジュールとして、この配置に含むことができる。「無限遠補正」対物レンズを用いる従来の顕微鏡撮像機に比べ、ｋ空間設計は、「ユニットマッピング」概念により無限空間配置を最大限に最適化することができる。これは、従来の顕微鏡システムでは光学補正なしでは典型的にわずか２つの構成要素の追加に限られるのに対して、この「無限空間」配置に挿入できる追加の構成要素の数に特に制限がないことを示唆する。
【００１９】
本発明はまた、透過照明または反射照明のどちらかを採用する必要がある場合、複数の異なるアプリケーションを作動するように構成および再構成できる「ベースモジュール」設計も可能である。これは、実質的にいかなる支距における、実質的に全ての典型的な機械視覚照明構成（例えば暗視野、明視野、位相差）および他の顕微鏡透過技術（ケーラー、アッベ）を含み、そしてＥｐｉ照明およびその変法も含む。ｋ空間設計は環境および機械振動に影響されず、したがって従来の顕微鏡撮像器械に伴う重い構造の機械設計および振動からの隔離が一般に必要ないので、本発明のシステムは複数の信頼性の高い光学機械設計を採用することができる。他の特徴は、必要であれば、記憶装置（例えばローカルデータベース、記憶装置／分析のための遠隔にあるコンピュータへの像データの伝送）および本発明によって得られる像の表示（例えばコンピュータディスプレイ、プリンター、フィルムおよび他の出力媒体）と共にデジタル撮像処理を含むことができる。例えばネットワークまたは他の媒体上を通信される関係するデータパケットを介する像データの通信および表示と共に、像データの遠隔信号処理も提供され得る。
【００２０】
始めに図１において、本発明の一態様である撮像システム１０を示す。撮像システム１０は、像伝達媒体３０と連動して作動する、ピクセルまたは不連続の光検出器（例えば下図３に示すものを参照）などの１つ以上のレセプターを有するセンサー２０を含む。センサー２０の位置の像平面におけるセンサー２０の面積が参照数字３４に示すオブジェクト視界に縮尺するように像伝達媒体３０を適合または設計する。ＸおよびＹ座標平面である参照番号３６は、センサー２０の見かけ上または実質上のサイズがオブジェクト視界３４に縮尺または縮小されることを説明するために示した。方向矢印３８および４０は、センサー２０の見かけ上のサイズをオブジェクト視界３４に向かって縮小する方向を示す。
【００２１】
像伝達媒体３０によって確立されるオブジェクト視界３４は、顕微鏡検査対象の１つ以上のもの（図示せず）を含む物平面４２の位置と関係する。センサー２０は、１つ以上のレセプターを含む種々のサイズおよび形状の実質的にいかなるサイズ、形状および／または技術（例えばデジタルセンサー、アナログセンサー、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー、ＣＭＯＳセンサー、電荷注入素子（ＣＩＤ）センサー、配列センサー、直線走査センサー）でよく、この１つ以上のレセプターは、オブジェクト視界３４の検査対象物から受ける光（例えば可視、非可視）に反応するようにセンサー上で同様な大きさまたは均等の大きさを有している。センサー２０は、オブジェクト視界３４から光を受けると、必要であれば、メモリー（図示せず）などのローカルまたは遠隔の記憶装置へ送信され、例えば実質的に介在するデジタル処理を行わず（例えばセンサーメモリーからディスプレイへのストレートビットマップ）、コンピュータによりメモリーから表示されおよび関係するディスプレイで表示される出力４４を供給する。センサー２０から受けた像データのローカルまたは遠隔の信号処理も行うことができる。例えば出力４４は、電子データパケットに変換され、さらに分析および／または表示するためにネットワークを通しておよび／または無線通信伝送システムおよびプロトコルを介して、遠隔のシステムへ伝送される。同様に、さらに分析および／または表示するために、出力４４は、次のコンピュータシステムへ伝送される前に、ローカルコンピュータメモリーに保存され得る。
【００２２】
像伝達媒体３０による縮尺は、あらかじめ決めた目的のｋ空間周波数を増大させ、あらかじめ決めた周波数外の周波数を低減する、媒体内の新規なｋ空間構成または設計によって決定される。これにより、像伝達媒体３０内で空間周波数の帯域フィルタの効果を有し、倍率よりもむしろ分解能に関して撮像システム１０を明確に特徴づける。以下により詳細に説明するように、ｋ空間設計で規定される撮像システム１０の分解能により、表示された像または保存された像は高有効分解倍率、高絶対空間分解能、大きい被写界深度、大きい作業距離および単一の変調伝達関数に加えその他の特徴を有する。
【００２３】
ｋ空間周波数を決定するために、「ピッチ」または間隔をセンサー２０上の隣り合ったレセプターの間の距離と規定する。このピッチは、隣り合うレセプターの中心から中心までの距離および１つのレセプターのおよそのサイズまたは直径に関係する。センサー２０のピッチは、センサーのナイキスト「カットオフ」周波数帯を決定する。ｋ空間設計はこの周波数帯を増大し、他の周波数を低減する。撮像システム１０でどのように縮尺が決定されるかを説明するために、小さいあるいは回折限界スポットまたはポイント５０を物平面４２に示す。回折限界ポイント５０は、像伝達媒体３０内の光学特性によって決定される最小の分解可能な物体を表しており、以下に詳述する。具体例のためにオブジェクト視界３４の前方に描いた、センサー２０のピッチに応じて決定されたサイズを有する縮尺されたレセプター５４は、オブジェクト視界３４の回折限界ポイント５０とほぼ同じサイズに一致するまたは縮尺される。
【００２４】
言い換えると、センサー２０のいかなるレセプターのサイズでも、像伝達媒体３０を介して、回折限界ポイント５０のサイズとほぼ同じサイズに（または一致するサイズに）効率的にサイズが縮小される。これは、オブジェクト視界３４をセンサー２０の実質的に全てのレセプターで満たす効果も有し、それぞれのレセプターは回折限界ポイント５０と同様なサイズに適度に縮尺される。以下により詳しく説明するように、オブジェクト視界３４内の最小の分解可能な物体またはポイントにセンサー特性を一致させること／マッピングすること（位置づけること（ｍａｐｐｉｎｇ））は、絶対空間分解能に関して撮像システム１０を特徴づけ、したがって、システムの操作能力を向上させる。
【００２５】
本発明では、照明源６０は、照明源からの光量子がセンサー２０のレセプターを起動できるように、その光量子がオブジェクト視界の物体を透過および／または物体から反射するように備えられる。潜在的に自己発光する物体（例えば蛍光性または燐光性の生物または有機材料サンプル、冶金、鉱物および／または他の無機材料など）がセンサー２０を起動するのに十分な放射線を放出する場合、本発明は潜在的に照明源６０を必要としない。しかし、本発明では、発光ダイオードが効率的な照明源６０となる。干渉性および非干渉性源、可視および非可視波長を含む実質的にいかなる照明源６０も適用できる。しかし、非可視波長源にはセンサー２０を適当に調整する。例えば赤外線または紫外線源には、赤外線または紫外線センサー２０をそれぞれ採用する。そのほかの照明源６０には、波長特定照明、広帯域照明、連続照明、ストロボ照明、ケーラー照明、アッベ照明、位相差照明、暗視野照明、明視野照明およびＥｐｉ照明が含まれる。透過性または反射性照明技法（例えば鏡面反射、光の散乱）も適用できる。
【００２６】
図２において、システム１００は本発明の一態様による像伝達媒体を示す。図１に示す像伝達媒体３０は、上述したｋ空間設計概念に応じて規定され、より詳細には、あらかじめ決められたｋ空間周波数帯１１４を増大し、この周波数帯以外の周波数を低減するように適合し、構成しおよび／または選択したｋ空間フィルタによって規定される。これは、センサー（図示せず）の隣り合うレセプター１１６の間の距離であるピッチ「Ｐ」を決定し、レセプター１１６のピッチ「Ｐ」が回折限界スポット１２０とサイズが一致するようにフィルタ１１０内の光学媒体のサイズを決めることにより達成される。回折限界スポット１２０はフィルタ１１０内の媒体の光学特性から決定される。例えばレンズのような光学媒体の開口数により、レンズにより分解できる最小の物体またはスポットが決まる。ピッチのサイズが回折限界スポット１２０のサイズまたはスケールに効率的に一致する、「単位毎に位置づけられる（ユニットマップされる（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｅｄ））」、投影される、相互に関係づけられるおよび／または縮小されるようにフィルタ１１０はｋ空間変換を実行する。
【００２７】
ｋ空間フィルタ１１０を得るために複数の光学構成を用いることができる。このような構成の一つは、ｋ空間変換およびセンサー空間から物空間への縮小を実施するように適合された非球面レンズ１２４により提供される。さらに他の構成は複合レンズ構成１２８によって得ることができ、レンズの組み合わせはフィルタリングおよび縮尺をするように選択される。さらに他の構成は繊維光学テーパ１３２または像用導管を採用することができ、複数の光学繊維または繊維の配列は、センサーのオブジェクト視界へのマッピングを実行するじょうご状に構成される。繊維光学テーパ１３２は、通常センサーと検査対象物との間で物理的に接触している（例えば顕微鏡スライドと接触する）。他のｋ空間フィルタ１１０の構成としては、ホログラフィック（または他の回折または位相構造）の光学構成要素１３６を採用し、本発明によるマッピングを達成するために、ホログラム（または他の回折または位相構造）（例えばコンピュータで生成した、光学的に生成したおよび／または他の方法）により、実質的に平らな光学面を構成するものも考えられる。
【００２８】
ｋ空間フィルタ１１０によって可能となるｋ空間光学設計は、センサーの「有効に投影されるピクセルピッチ」に基づいており、これはセンサー配列構成要素の物理的なサイズを物平面に光学システムを逆に通して追随する（「投影する」）ことにより導いた数字である。この方法では、共役平面および光学変換空間は、有効なレセプターまたはピクセルサイズのナイキストカットオフに一致する。これにより有効分解撮像倍率および視界のみならず、被写界深度および絶対空間分解能も最大化する。したがって、従来の光学系と撮像との組み合わせを規定している従来の近軸光線追跡の幾何光学設計パラメーターに依存しない光学理論の新規な応用が達成される。この点を以下にさらに説明する。
【００２９】
物体および像のフーリエ変換がｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）で（光学システムにより）形成される。これが本発明のｋ空間設計による像最適化で実行される変換である。例えば本発明で採用する光学媒体は、物空間および像空間が実質的にすべての像面および物面について「ユニットマップされる（単位毎に位置づけられる（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｅｄ））」または「ユニットマッチされる（単位毎に一致する（ｕｎｉｔ−ｍａｔｈｃｅｄ））」ことを特徴とする構成を有する標準規格の比較的廉価な「既製の」構成要素によって設計できる。物平面の小さいぼけの円（Ｂｌｕｒ−ｃｉｒｃｌｅ）または回折限界スポット１２０は、像平面のピクセル（例えば選択した像センサーにおける）に実質的に一対一に対応して一致する設計により規定され、したがって画素化した配列のフーリエ変換が一致する。これは、設計によりぼけの円はレセプターまたはピクセルピッチとほぼ同じサイズに光学的に縮尺されることを示唆する。本発明は、ｋ空間フィルタ１１０のような固有な空間フィルタ（Ｉｎｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）を構成するものとして規定される。このような設計の定義および実施により、ｋ空間の物体および像の両方のスペクトル成分をほぼ同じにすることまたは量子化することが可能となる。これは、センサーの変調伝達関数（ＭＴＦ）（コントラストと空間分解能との比較）が物平面のＭＴＦに一致することも規定している。
【００３０】
図３は、本発明の一態様である光学システム２００を示す。システム２００は複数のレセプターまたはセンサーピクセル２１４を有するセンサー２１２を含む。例えばセンサー２１２は縦Ｍ横Ｎのセンサーピクセル配列２１４であり、Ｍ行とＮ列（例えば６４０×４８０、５１２×５１２、１２８０×１０２４など）である。ＭとＮはそれぞれ整数である。概して正方形のピクセルを有する長方形のセンサー２１２が描かれているが、センサーは実質的にいかなる形状（例えば円、長円形、六角形、長方形など）であってよい。さらに配列内のそれぞれのピクセル２１４は実質的にいかなる形状またはサイズであってもよく、本発明の一態様では、いかなる配列２１２であってもピクセルはほぼ同じサイズかつ形状である。
【００３１】
センサー２１２は、１つ以上のレセプター（またはピクセル）２１４を含む実質的にいかなる技術（例えばデジタルセンサー、アナログセンサー、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー、ＣＭＯＳセンサー、電荷注入素子（ＣＩＤ）センサー、配列センサー、直線走査センサー）であってよい。本発明の一態様では、ピクセル２１４のそれぞれは同様なサイズまたは均等であり、本願に記載するように検査対象物から受ける光（例えば可視、非可視）に反応する。
【００３２】
センサー２１２はレンズネットワーク２１６に関係しており、レンズネットワークは、光学システムに要求される性能およびセンサー２１２のピッチサイズに基づいて設計される。本発明の一態様では、レンズネットワーク２１６は、センサー２１２の位置で確立される像平面におけるセンサー２１２の面積（例えばピクセル２１４）をオブジェクト視界２２０に縮尺する（または投影する）ように作用する。オブジェクト視界２２０は、検査対象の１つ以上の対象物（図示せず）を含む物平面２２２の位置に関係する。
【００３３】
センサー２１２がオブジェクト視界２２０から光を受けると、メモリー（図示せず）などのローカルまたは遠隔の記憶装置へ送信され、例えば実質的に介在するデジタル処理を行わずに（例えばセンサーメモリーからディスプレイへのストレートビットマップ）コンピュータによりメモリーから表示されおよび関係するディスプレイで表示される出力２２６を、センサー２１２は必要であれば供給する。センサー２１２から受けた像データのローカルまたは遠隔の信号処理も行うことができる。例えば出力２２６は、電子データパケットに変換され、さらに分析および／または表示するためにネットワークを通して遠隔のシステムへ伝達される。同様に、さらなる分析および／または表示のために、出力２２６は、次のコンピュータシステムへ伝送される前にローカルコンピュータメモリーに保存され得る。
【００３４】
レンズネットワーク２１６によるピクセル２１４の縮尺（または効率的な投影）は、本発明の一態様による新規なｋ空間構成または設計によって決定される。レンズネットワーク２１６のｋ空間設計は、あらかじめ決めた目的のｋ空間周波数を増大させ、あらかじめ決めた周波数帯以外の周波数を低減する。これにより、レンズネットワーク２１６内で空間周波数の帯域フィルタの効果を有し、倍率よりもむしろ分解能に関して撮像システム２００を明確に特徴づける。以下により詳述するように、ｋ空間設計により規定される撮像システム２００の分解能により、関係する高絶対空間分解能、大きい被写界深度、より大きい作業距離および単一の変調伝達関数に加えその他の特性を伴う高「有効分解倍率（Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｒｅｓｏｌｖｅｄ Ｍａｇｎｉｆｉｃａｔｉｏｎ）」（後に述べる性能指数）を有するなど、表示または保存した像は多数の特性が向上する。
【００３５】
ｋ空間周波数を決定するために、「ピッチ」または間隔２２８をセンサー２１２上のそれぞれ隣り合ったレセプター２１４の間と規定する。ピッチ（例えばピクセルピッチ）は、２２８に示すようにそれぞれ隣り合うレセプターの中心から中心への距離と一致し、センサーが全て同じサイズのピクセルを含むときには、ほぼ１つのレセプターのサイズまたは直径である。ピッチ２２８はセンサー２１２のナイキスト「カットオフ」周波数帯を決定する。ｋ空間設計により増大されるのはこの周波数帯であり、他の周波数は低減される。撮像システム２００でどのように縮尺が決定されるかを説明するために、所望の最小分解可能スポットサイズのポイント２３０を物平面２２２に示す。ポイント２３０は、例えばレンズネットワーク２１６の光学特性によって決定される最小の分解可能な物体を表す。すなわち、レンズネットワークは、それぞれのピクセル２１４がオブジェクト視界２２０でポイント２３０の所望の最小分解スポットサイズとほぼ同じサイズに一致するまたは縮尺する光学特性（例えば倍率、開口数など）を有するように構成される。説明のために、縮尺されたレセプター２３２を、センサー２１２のピッチ２２８にしたがって決定されたサイズで、ポイント２３０とほぼ同じサイズを有するように、視界２２０の前方に描く。
【００３６】
例として、レンズネットワーク２１６は、センサー２１２のそれぞれのレセプター（例えばピクセル）２１４のサイズを、システム２００による典型的な分解可能最小スポットサイズであるポイント２３０のサイズとほぼ同じサイズに（例えばサイズが一致する）効率的に縮小するように設計される。ポイント２３０は、回折ルール（例えば回折限界スポットサイズ）によって決定されるように、レンズネットワーク２１６内の光学特性により決定される最小の分解可能な物体に相当するサイズに選択され得る。したがって、レンズネットワーク２１６は、センサー２１２のそれぞれのピクセル２１４を回折限界サイズと同じかまたはより大きい任意のサイズに効率的に縮尺するように設計され得る。例えば分解可能なスポットサイズはこのような基準に適合する所望のいかなる像分解能が得られるようにも選択され得る。
【００３７】
所望の分解能（分解可能なスポットサイズ）を選択した後、分解能にしたがい、ピクセル２１４をオブジェクト視界２２０に縮尺するための倍率を得るようにレンズネットワーク２１６を設計する。これは、オブジェクト視界２２０を実質的にセンサー２１２の全てのレセプターで占める効果を有し、それぞれのレセプターは所望の分解可能なスポットサイズに相当するポイント２３０と同様なサイズに適度に縮尺される。本発明の一態様では、オブジェクト視界２２０内の所望の（例えば最小の）分解可能な物体またはポイント２３０にセンサー特性を一致させること／マッピングすること（位置づけること）は、絶対空間分解能に関して撮像システム２００を特徴づけ、システムの操作性能を向上させる。
【００３８】
さらに例として、この例で単位毎の位置づけ（ユニットマッピング（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｉｎｇ）がなされるように、センサー配列２１２のピクセルピッチ２２８はおよそ１０．０ミクロンであると仮定する。レンズネットワーク２１６は、対物レンズ２３４および第２のレンズ２３６を含む。例えば対物レンズ２３４は、第２のレンズ２３６の無限共役側に配置され、対物レンズと第２のレンズの間隔が自由に変えられる。センサー配列２２０で規定されるセンサー空間から物平面２２２で規定される物空間への縮小のためにレンズ２３４と２３６は相互に関係する。実質的に全てのピクセル２１４が対物レンズ２３４で規定されるオブジェクト視界２２０に投影される。例えばピクセル２１４のそれぞれは、対物レンズ２３４を通して、所望の最小分解可能スポットサイズとほぼ同じサイズに縮尺される。この例では、像平面２２２における所望の分解能は１ミクロンである。したがって、１０倍の倍率は、１０ミクロンのピクセルを物平面２２２に逆投影し、それを１ミクロンのサイズに縮小する。
【００３９】
配列２１２および関係するピクセル２１４のサイズの縮小は、例えばおよそ１５０ミリメートルの焦点距離「Ｄ２」（配列２１２から伝達レンズ２３６まで）を有する伝達レンズ２３６を選択し、およそ１５ミリメートルの焦点距離「Ｄ１」（対物レンズ２３６から物平面２２２まで）を有する対物レンズを選択することにより達成できる。この方法では、ピクセル２１４は、ピクセル１つ当たりおよそ１．０ミクロンのサイズに効率的に縮小され、したがって所望の分解可能スポット２３０のサイズと一致し、オブジェクト視界２２０を「事実上縮小された」ピクセルの配列で満たすことになる。所望の縮尺を得るために１つ以上のレンズの他の構成を採用することができる。
【００４０】
上述の説明を考慮すると、当業者は、本発明の一態様では、光学媒体（例えばレンズネットワーク２１６）が、物空間および像空間が実質的にすべての像面および物面について「ユニットマップされる（単位毎に位置づけられる（ｕｎｉｔ−ｍａｐｐｅｄ））」または「ユニットマッチされる（単位毎に一致する（ｕｎｉｔ−ｍａｔｈｃｅｄ））」ことを特徴とする構成を有する標準規格の比較的廉価な「既製の」構成要素で設計できることを理解できる。レンズネットワーク２１６および特に対物レンズ２３４は、ｋ空間（「逆空間」とも呼ばれる）で物体と像のフーリエ変換を実行する。本発明のｋ空間設計が像の最適化のために機能するのが、この変換である。
【００４１】
物平面の小さなぼけの円（Ｂｌｕｒ−ｃｉｒｃｌｅ）またはエアリーディスク（Ａｉｒｙ ｄｉｓｋ）は、像平面（例えば選択した像センサーにおける）のピクセルをエアリーディスクに実質的に一対一に対応して一致させる設計により規定され、それゆえに画素化した配列のフーリエ変換を一致させることができる。これは、設計により光学的に、エアリーディスクがレンズネットワーク２１６を通してレセプターまたはピクセルピッチとほぼ同じサイズに縮尺されることを示唆する。上述したように、レンズネットワーク２１６は、固有の空間フィルタ（Ｉｎｓｔｒｉｎｓｉｃ Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｌｔｅｒ）（例えばｋ空間フィルタ）を構成するように規定される。このような設計の定義および実施により、ｋ空間の物体および像の両方のスペクトル成分をほぼ同じにすることまたは量子化することが可能となる。これは、本発明の一態様では、センサーの変調伝達関数（ＭＴＦ）（コントラストと空間分解能との比較）を物平面のＭＴＦに一致させることも規定している。
【００４２】
図３に示すように、ｋ空間を対物レンズ２３４および第２のレンズ２３６の間の領域と規定する。本願で説明したユニットマッピングまたはｋ空間マッピングに基づいて、センサー配列２１２をオブジェクト視界２２０に縮小する、位置づける（マッピングする）および／または投影する実質的にいかなる光学媒体、レンズタイプおよび／またはレンズの組み合わせも、本発明の範囲に属する。
【００４３】
図３に示す代表的なレンズ／センサーの組み合わせの新規性を明らかにするために、従来の幾何学的近軸光線技法により選択される従来の対物レンズは、一般に倍率、開口数、焦点距離および対物レンズから得られる他のパラメーターに基づいて選択されることに留意すべきである。したがって、このような対物レンズは、小物体を拡大するために、センサー（または従来の顕微鏡の接眼レンズ）に接近しているかまたはより近い後ろのレンズよりも、より長い焦点距離を有するものになる。これは、物体の拡大像としてセンサーの「部分」に投影される物平面の小物体を拡大することになり、既知の細部のぼけ（例えばレーリー回折およびそのほかの光学系の限界など）、無効倍率の問題およびナイキストエイリアシングやそのほかのセンサーの問題を生じる。本発明のｋ空間設計は従来の幾何学的近軸光線設計原理に代わる方法で作動する。すなわち、レンズ間の関係に示されるように、対物レンズ２３４および第２のレンズ２３６は、センサー配列２１２のサイズをオブジェクト視界２２０に縮小するように働く。
【００４４】
本発明では、照明源２４０は、照明源からの光量子が、センサー２１２のレセプターを起動できるようにオブジェクト視界２２０の物体を透過および／または物体から反射するように備えられる。本発明は、潜在的な自己発光物体（例えば前述のように放射性特質のある物体または標本）がセンサー２１２を起動するのに十分な放射線を放出する場合、潜在的に照明源２４０を必要としない態様が考えられる。実質上、干渉および非干渉源、可視および非可視波長を含むいかなる照明源２４０も適用できる。しかし、非可視波長光源には、センサー２１２をそれに適合させるであろう。例えば赤外線または紫外線源には赤外線または紫外線センサー２１２をそれぞれ採用するであろう。他の適当な照明源２４０には、波長特定照明、広帯域照明、連続照明、ストロボ照明、ケーラー照明、アッベ照明、位相差照明、暗視野照明、明視野照明、Ｅｐｉ照明などを含む。透過性または反射性（例えば鏡面反射、散乱）照明技法も適用できる。
【００４５】
図４は、Ｘ軸上の投影されたピクセルサイズとＹ軸上の回折限界スポットの分解サイズ「Ｒ」との間のマッピング特性および比較のグラフ３００を示す。グラフ３００の頂点３１０は、投影されたピクセルサイズと回折限界スポットサイズとの間のユニットマッピング（単位毎に位置づけること）に相当しており、本発明によるレンズネットワークとセンサー間の最適関係を表す。
【００４６】
対物レンズ２３４（図３）は、最小の分解可能な物体の回折限界サイズ「Ｒ」が、投影されるピクセルサイズよりも小さくなるようには、一般には選択されない。もし選択するならば、「経済的な無駄」が生じ、より精密な情報が失われる（例えばより高い開口数を有するような、必要以上に高価な対物レンズの選択）。これは、境界線３２０の右側に、２つの小さい回折スポット３５０よりも投影されたピクセル３４０を大きく表す参照３３０として示される。反対に、投影されたピクセルサイズよりも大きい回折限界能の対物レンズを選択する場合、ぼけと無効倍率が生じる。これは、境界線３２０の左側に参照番号３６０で示され、投影されたピクセル３７０は回折限界物体３８０よりも小さい。しかし、投影されたピクセルサイズと回折限界スポットとの間に実質的に一対一の対応が達成されなくても、最適マッチングを下回る（例えばグラフ３００の頂点３１０から線３２０の左または右に０．１％、１％、２％、５％、２０％、９５％離れて）システムを設定でき、本発明の一態様では、それでもなお適当な能力を提供できる。したがって、最適ではないマッチングでも本発明の精神および範囲に属するものである。
【００４７】
図３に示したようなシステムのレンズ直径は、例えばフーリエ変換が物体空間からセンサー空間へ実行されたときに、上述の帯域範囲中の目的とする空間周波数（例えばピクセルのサイズと形を規定するのに利用される周波数）が実質的に減衰しないサイズにする。これは一般に、目的とする空間周波数の減衰を軽減するために、より大きい直径のレンズ（例えば約１０から１００ミリメートル）を選択することを意味する。
【００４８】
次に図５では、本発明による変調伝達関数４００を示す。Ｙ軸には、黒と白のコントラストをパーセンテージで規定した変調率を０から１００％で示す。Ｘ軸には、絶対空間分解能を分離の度合いをミクロンに換算して示す。線４１０はどの空間分解能でも変調率がおおむね一定して１００％であることを示す。したがって、本発明では、およそセンサーの信号対雑音感度に課せられる限界までは、変調伝達関数は約１である。実例として、変調率（コントラスト）の減少に従い空間分解能も一般に減少することを特徴とする通常の漸近値をともなう指数曲線である、従来の光学系設計の変調伝達関数を線４２０で示す。
【００４９】
図６は、本発明による、２つの主要な因子である、グラフ５００のＹ軸に示した絶対分解能（Ａｂｓｏｌｕｔｅ Ｓｐａｔｉａｌ Ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）（ｒａ、単位ミクロン）および同Ｘ軸に示した視界（Ｆｉｅｌｄ Ｏｆ Ｖｉｅｗ）（Ｆ、単位ミクロン）に依存して決定される定量化可能な性能指数（Ｆｉｇｕｒｅ ｏｆ Ｍｅｒｉｔ）（ＦＯＭ）を示す。「空間フィールド数」（Ｓｐａｔｉａｌ Ｆｉｅｌｄ Ｎｕｍｂｅｒ）（Ｓ）と呼ばれる妥当な性能指数（ＦＯＭ）は、前記２つの数量の比率で表すことができ、以下のようにＳの値が高いことが撮像には望ましい。
Ｓ＝Ｆ／ＲＡ
【００５０】
線５１０は性能指数（ＦＯＭ）が、全視界にわたりおよび絶対空間分解能の異なる値にわたり、おおむね一定であることを示し、従来のシステムよりも性能が向上している。
【００５１】
図７、８、１４、１５および１６は、本発明による撮像実行を容易にする方法を示す。説明を簡潔にするために、この方法を一連の行為で示し表すが、本発明に従って、ある行為が異なる順序で起こることおよび／またはここに示し表される以外の行為と同時に起こることがあるように、本発明はこの行為の順序に限定されない。例えば代わりに、当業者は、状態図のように相互に関係する一連の状態またはイベントとして、方法を表すことができることを理解するであろう。さらに示したすべての行為が、本発明による方法を実施するのに必要とされるわけではない。
【００５２】
次に図７において６１０では、ユニットマッピングするようにおよびｋ空間設計を最適化するように、回折限界特性がピクセルサイズとほぼ同じサイズであるレンズが選択される。６１４ではまた、ｋ空間内での空間周波数の減少を軽減するレンズ特性が選択される。上述のように、これは一般に、目的とする所望のｋ空間周波数の減衰を軽減するためにより大きい直径の光学系が選択されることを示唆する。６１８では、センサー位置により規定される像平面におけるピッチ「Ｐ」のピクセルが、オブジェクト視界内の（例えばユニットマップされる）回折限界スポットサイズとほぼ同じサイズで、ピッチにしたがってオブジェクト視界に縮尺されるようにレンズ構成を選択する。６２２では、同時モニタリングのためにセンサーからデータを出力することによりおよび／またはコンピュータディスプレイへ直接表示するためメモリーにデータを保存することによりおよび／または続いて起こるローカルまたは遠隔の像処理によりおよび／またはメモリー内での分析により像が作られる。
【００５３】
図８は、本発明の一態様により、光学／撮像システムを設計するために採用することができる方法を示す。この方法は７００で始まり、ここでシステムに適当なセンサー配列が選ばれる。センサー配列は、通常製造者によって規定される既知のピッチサイズを有するレセプターピクセルのマトリクスを含む。センサーは、実質上いかなる形（例えば長方形、円、正方形、三角形など）であってもよい。実例として、ピッチサイズ１０μｍの６４０×４８０ピクセルのセンサーを選ぶと仮定する。本発明の一態様では、光学システムはいかなるタイプおよび／またはサイズのセンサー配列にも設計できる。
【００５４】
次に７１０では、像分解能が規定される。像分解能は、像平面の所望の最小分解可能スポットサイズに相当する。像分解能は、光学システムが設計されるアプリケーションに基づいて決定され、最小回折限界サイズよりも大きいかまたは同じであるいかなる分解能であってよい。したがって、分解能は、実質的にいかなるタイプのアプリケーションにも所望の像分解能を調整して提供できる選択可能な設計パラメーターであることが理解できる。対照的にほとんどの従来システムでは、レンズに固有の空間分解能は所定の波長の回折限界を超えることができないというレーリー回折にしたがって、分解能が限定される傾向がある。
【００５５】
所望の分解能の選択（７１０）の後、その分解能を得るために適した倍率を７２０で決定する。例えば倍率はセンサー配列のピクセルピッチおよび最小分解可能スポットサイズに機能上関係している。倍率（Ｍ）は以下のように示すことができる。
Ｍ＝ｘ／ｙ 式１
式中、ｘはセンサー配列のピクセルピッチであり、ｙは所望の像分解能（最小スポットサイズ）である。それゆえ、ピクセルピッチが１０μｍである上記の例で、所望の像分解能が１μｍであるとすると、式１から１０倍の光学システムであることがわかる。つまり、レンズシステムは、１０μｍピクセルのそれぞれを物平面に逆投影し、それぞれのピクセルを分解可能なスポットサイズ１ミクロンに縮小するように構成される。
【００５６】
図８の方法は、７３０で開口数を決定することも含む。開口数（ＮＡ）は、対物レンズのＮＡを７１０で光学システムに決めた最小分解可能スポットサイズに関係づける確立された回折ルールにしたがって決定される。例として、ＮＡの計算は以下の式に基づく。
ＮＡ＝０．５×λ／ｙ 式２
式中、λは光学システムで使用する光波長であり、ｙは最小スポットサイズである（例えば７１０で決められる）。光学システムがｙ＝１ミクロンの分解スポットサイズを有する例を続け、波長が約５００ｎｍ（例えば緑色光）であると仮定すると、ＮＡ＝０．２５が式２を満たす。比較的廉価な市販の１０倍率の対物レンズが開口数０．２５であることが知られている。
【００５７】
式２で表されるＮＡ、波長および分解能の関係は、対物レンズおよび集光器の性質を規定するさまざまな要素にしたがって異なる方法で表現できる。したがって、本発明の一態様による７３０での決定は、特定の式に限定されず、ＮＡが波長および分解能に機能上関係する既知の一般物理法則に単に従う。選択したセンサー（７００）に応じてレンズパラメーターを設計した後、付随する光学構成要素が、本発明の一態様による光学システム（７４０）を提供するように構成される。
【００５８】
例示のために、図８の方法によって構成された光学システムの例が、顕微鏡デジタル撮像に利用されるものと仮定する。比較として、古典的な顕微鏡では、１ミクロン（およびそれ以下）に近いサイズの構造物を撮像し分解するためには、数百倍の倍率が通常必要である。この基本的な理由は、そのような光学系が、センサーが人間の目であるという状況にあわせて、従来式に設計されているからである。対照的に、図８の方法は、センサーのために光学システムを設計するもので、低コストで著しい性能の向上が得られる。
【００５９】
本発明の一態様によるｋ空間設計方法では、光学システムは既知の一定面積を有する不連続のセンサーに基づいて設計される。その結果、この方法は、センサーサイズを物平面に「逆投影」して倍率因子を計算する、ずっと簡単で信頼性が高くかつ廉価な光学システム設計アプローチを提供できる。第２に本方法により、ある倍率が得られる光学系が、逆投影されたピクセルとほぼ同じサイズのスポットを光学的に分解するのに十分なＮＡを有することが容易となる。有利なことに、本発明の一態様により設計された光学システムは、特注および／または既製の構成要素を使用することができる。したがって、補正された顕微鏡光学系は比較的高価であるが、この例では、好適な結果を得るために廉価な光学系を、本発明の一態様にしたがって利用することができる。本発明の一態様により特注設計の光学系を使用するならば、許容倍率および開口数の範囲がかなり広くなり、既製の光学構成要素を使用する場合に比べかなりの性能向上が実現される。
【００６０】
図１から８に関係して上述した概念に関して、関係する複数の撮像アプリケーションが本発明により可能となり機能が向上する。例えばアプリケーションは、限定されるものではないが、撮像、制御、検査、顕微鏡および／または以下のような他の自動分析を含む。 （１）生物医学的分析（例えば細胞群体計数、組織学、凍結切片、細胞学、血液学、病理学、腫瘍学、蛍光、干渉、位相および他の多くの臨床顕微鏡アプリケーションなど）
（２）粒度測定アプリケーション（例えば医薬製造、塗料製造、化粧品製造、食品処理工学など）
（３）空気品質モニタリングおよび浮遊微小粒子測定（例えばクリーンルーム認証、環境認証など）
（４）光学欠陥分析および他の透過および不透明な物質の両方の高分解能顕微鏡検査に必要とされるもの（冶金、自動半導体検査および分析、自動視覚システム、三次元撮像などの場合）
（５）カメラ、複写機、ＦＡＸ装置および医学システムのような撮像技術
【００６１】
図９、１０、１１、１２および１３は、図１から８に関係して既に上述した概念を採用して構成できる候補システム例を示す。図９は、本発明に応じて適合できる撮像システム８００の光路の系統線図である。
【００６２】
システム８００は、光コンデンサー８０８が受ける照明光を放射する光源８０４を採用する。光コンデンサー８０８からの出力は、偏向ミラー８１２によって、スライドステージ８２０上に照明光を投じる顕微鏡コンデンサー８１６へ導かれ、本発明により、物体（図示しないが、スライドステージ上または内部に設置される）が撮像される。スライドステージ８２０は、コンピュータ８２４によりおよび対物レンズ８３２によって決められた視界内で１つ以上の物体を撮像するための付随するスライド供給装置８２８により、自動に（および／または手動で）設置される。システム８００に描いた対物レンズ８３２および／または他の構成要素は、異なったおよび／または所望の像特性（例えば倍率、焦点、どの物体が視野に現れるか、被写界深度など）を得るために、手動で調節されおよび／またはコンピュータ８２４および付随する制御機器（図示せず）（例えばサーボモーター、チューブスライド、直線および／または回転位置符号器、光学、磁気、電子または他の自動制御機器、制御ソフトウェアなど）によって自動に調節してもよい。
【００６３】
対物レンズ８３２からの光出力を任意の光学ビームスプリッター８４０を通して導き、ビームスプリッター８４０は、光整形光学系８４４および付随する光源８４８を含む補助的なｅｐｉ−照明部８４２とともに（スライドステージ８２０の上から物体を照らすために）働く。ビームスプリッター８４０を通った光を像形成レンズ８５０で受ける。像形成レンズ８５０からの出力を、偏向ミラー８６０を介してＣＣＤまたは他の撮像センサーまたは素子８５４に導く。ＣＣＤまたは他の撮像センサーまたは素子８５４は、物体から受けた光を、コンピュータ８２４へ伝送するためのデジタル情報へ変換し、物体の像は、８６４で同時に使用者に表示できおよび／またはメモリーに保存できる。上述したように、ＣＣＤまたは他の撮像センサーまたは素子８５４でとらえた像を規定するデジタル情報は、コンピュータ８２４によってビットマップ情報としてディスプレイ／メモリー８６４へ送ることができる。必要であれば、検査対象物体を識別しおよび／または分析するために、あらかじめ決めたサンプルまたは像と自動的に比較するような像処理を実行することができる。これは、メモリー８６４内の得られた像データに応用できる実質上いかなるタイプの像処理技術またはソフトウェアを利用できることも含む。
【００６４】
図１０は、本発明の一態様による撮像設計への典型的なモジュールアプローチを表すシステム９００である。システム９００は、例えばおよそ８ミクロン（または他のサイズ）のピクセルピッチを有するセンサー配列９１０に基づいており（例えば既製のカメラに用いられる）、例えば配列サイズは６４０×４８０から１２８０×１０２４（または上述したような他のサイズ）に変えることができる。システム９００はモジュール設計を含んでおり、それぞれのモジュールは他のモジュールと十分に離れているので、精度許容差が緩和される。モジュールは以下のものを含む。
・像形成レンズ９１６および／または偏向ミラー９１８を含むカメラ／センサーモジュール９１４
・ｋ空間領域９２２に挿入するためのｅｐｉ−照明モジュール９２０
・サンプルを保持および提示するモジュール９２４
・コンデンサー９３４を含む光整形モジュール９３０
・ステージの下の照明モジュール９４０
システム９００は例えば以下のような市販の構成要素を有利に採用することができる。
・光を提示するためのコンデンサー光学系９３４（ＮＡ＜＝１）
・（例えばＯｌｙｍｐｕｓ Ｕ−ＳＣ−２）
・任意の倍率のために、物平面での投影されたピクセルピッチが光学系の回折限界分解スポットと長さが同様であるという所望の特性を満たすために選択された、倍率と開口数が例えば（４×、０．１０）、（１０×、０．２５）、（２０×、０．４０）、（４０×、０．６５）の標準のプラン／アクロマート対物レンズ９４４
・（例えばＯｌｙｍｐｕｓ １−ＵＢ２２２、１−ＵＢ２２３、１−ＵＢ２２５、１−ＵＢ２２７）
【００６５】
システム９００は、例えば像形成レンズ９１６がｆ＝１５０ｍｍのアクロマートトリプレットに適合してあるときなどに、補助のおよび／または追加の光学構成要素、モジュール、フィルタなどを９２２のｋ空間領域に挿入するのを容易にするために、対物レンズ９４４と像形成レンズ９１６の間の無限空間（ｋ空間）を利用する。さらに対物レンズ９４４と像形成レンズ９１６の間の無限空間（ｋ空間）は、ｅｐｉ−照明のために光学経路に光を（光形成路を介して）注入するのを容易にするために提供され得る。例えばｅｐｉ−照明のための光形成路は以下のものを含む。
・安定した電流電源により駆動するＬＥＤのような光源９５０
・（例えばＨＰ ＨＬＭＰ−ＣＷ３０）
・光源の均質化および空間仮想光源の使用のための９５０における透過ホログラム
・（例えばＰＯＣ ｌｉｇｈｔ ｓｈａｐｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｌｍ ３０−ｄｅｇｒｅｅ ＦＷＨＭ）
・光源９５０のＮＡを撮像光学系のＮＡに制限するための９６０における可変の開口で、これにより像形成光学経路に入る散乱光の影響を軽減できる
・（例えばＴｈｏｒｌａｂｓ ｉｒｉｓ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ＳＭ１Ｄ１２ ０．５−１２．０ｍｍ ａｐｅｒｔｕｒｅ）
・仮想源９５０から集めた光を最大にして、光源のｋ空間特性を撮像光学系の特性に一致させるために採用される集光レンズ９６０
・（例えばｆ＝５０ｍｍの非球面レンズ、ｆ＝５０ｍｍのアクロマートダブレット）
・同軸光路および像の経路を形成するために採用される一部を反射するビームスプリッター９６４。例えば光学系９６４は、第１面で（４５度の傾斜で）５０％の反射率を与え、第２面には広帯域の反射防止がコートされている。
【００６６】
ステージの下の照明モジュール９４０は、上述のｅｐｉ−照明の構成と実質的に類似した構成である。以下に例示する。
・光源９７０（安定した電流電源で駆動するＬＥＤ）
・（例えばＨＰ ＨＬＭＰ−ＣＷ ３０）
・光源の均質化と空間仮想源の使用のための（光源９７０に付随する）透過ホログラム
・（例えばＰＯＣ ｌｉｇｈｔ ｓｈａｐｉｎｇ ｄｉｆｆｕｓｅｒ ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ ｆｉｌｍ ３０−ｄｅｇｒｅｅ ＦＷＨＭ）
・仮想源９７０から集めた光を最大にして、光源のｋ空間特性を撮像光学系の特性に一致させるために採用される集光レンズ９７４
・（例えばｆ＝５０ｍｍの非球面レンズ、ｆ＝５０ｍｍのアクロマートダブレット）
・光源９７０のＮＡを撮像光学系のＮＡに制限するための可変の開口９８０で、これにより像形成光学経路に入る散乱光の影響を軽減できる
・（例えばＴｈｏｒｌａｂｓ ｉｒｉｓ ｄｉａｐｈｒａｇｍ ＳＭ１Ｄ１２ ０．５−１２．０ｍｍ ａｐｅｒｔｕｒｅ）
・光路を９０度方向を変え、光学モジュールを正確に整列するために微調整に利用される鏡９８８、および
・可変の開口９８０のなかの像を物平面の上に（スライド９９０で）正確に位置を合わせるために採用されるリレーレンズ（図示せず）で、これにより、適当なホログラフィックディフューザの配置とあわせて、ケーラー照明を得ることができる。
・（例えばｆ＝１００ｍｍの単純な平凸レンズ）
【００６７】
上述したように、本発明により得られたデジタル像データを同時に表示しおよび／または保存／処理するためにコンピュータ９９４および付随するディスプレイ／メモリー９９８が備えられる。
【００６８】
図１１は本発明の一態様によるシステム１０００を示す。この態様では、ステージの下の照明モジュール１０１０（例えばケーラー、アッベなど）が透過スライド１０２０（検査対象物体は図示せず）を通して光を投じ、アクロマート対物レンズ１０３０がスライドから光を受け、その光を１０４０の像にとらえるモジュールへ導く。アクロマート対物レンズ１０３０および／またはスライド１０２０は、検査対象物体の位置を定めるためおよび／または対物レンズの位置を定めるために、手動でおよび／または自動に制御される。
【００６９】
図１２は本発明の一態様によるシステム１１００を示す。この態様では、ステージの上のまたはｅｐｉ−照明の照明モジュール１１１０が不透明なスライド１１２０（検査対象物体は図示せず）へ光を投じ、対物レンズ１１３０（複合レンズ装置または他のタイプでもよい）はスライドから光を受け、その光を１０４０の像にとらえるモジュールへ導く。上述したように、対物レンズ１１３０および／またはスライド１１２０は、検査対象物体の位置を定めるためおよび／または対物レンズの位置を定めるために、手動でおよび／または自動に制御される。図１３は、アクロマート対物レンズの代わりに複合対物レンズ１２１０を採用する以外は、図１１のシステム１０００と同様なシステム１２００を示す。
【００７０】
図１から１３に関係して上述した撮像システムおよび処理は、したがって、サンプルの像をとらえ／処理するために利用でき、撮像システムにより生成した像を読み、その像と、数多くの現在のメモリー技術による搭載データ保存装置中のさまざまな像とを比較する処理装置またはコンピュータに撮像システムは連結されている。
【００７１】
例えばコンピュータは比較を実行するための分析構成要素を含むことができる。像処理に利用できる多くのアルゴリズムの内のいくつかは、限定されるものではないが、（他の多くの基礎となる）畳み込み、ＦＦＴ、ＤＣＴ、シニング（またはスケレトニゼーション）、エッジ検出およびコントラスト強調を含む。これらは、通常ソフトウェアによって実行されるが、早く処理するために特殊用途のハードウェアを使用することもある。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）は、一群の離散データ値のフーリエ変換を計算するアルゴリズムである。データ点の有限な群、例えば実環境信号からの周期的なサンプリングを考えると、ＦＦＴはデータの成分周波数の形でそのデータを表す。ＦＦＴは、周波数データから信号を再構築する本質的に正反対の関係も扱う。ＤＣＴ（離散コサイン変換）は、コサインの加重和として波形を表す技術である。像処理のためにデザインされた多様な既存のプログラミング言語があり、限定されるものではないが、これにはＩＤＬ、Ｉｍａｇｅ Ｐｒｏ、Ｍａｔｌａｂおよびその他多くの言語が含まれる。また、機能上の像操作および分析を実行するために書かれた専用および特注の像処理アルゴリズムにも特に制限がない。
【００７２】
本発明のｋ空間設計はまた、あるサンプル物体の光学上相関する像処理分析を同時に実行するために、像に含まれるフーリエ周波数情報と、記憶装置に保存された情報とを直接光学的に相関することを可能にする。
【００７３】
図１４は、上述のシステムおよび処理に採用することができる粒度測定アプリケーション１３００を示す。粒度測定は、上述のｋ空間設計概念にしたがって自動的に測定した粒度に照らして、粒子を同時に閉／開ループでモニタリングし、粒子で製造しおよび粒子を制御することを含む。これは、類似のまたは異なったサイズ（ｎの異なったサイズ、ｎは整数）を有する多様な粒子およびｍ形状／次元の粒子（ｍは整数）の粒子識別のための自動分析技術および検出技術を含む。本発明の一態様では、所望の粒子サイズ検出および分析は直接測定アプローチにより達成できる。これは、粒子媒体および関係する粒子分布を実質的に考慮することなしに、ピクセル１つ当たりの絶対空間分解能が撮像された粒子と、長さの単位で直接（または加えて実質上）関係することを意味する。直接測定により、一般に、モデルを作成するのではなく、所定のサンプル中の撮像した粒子の度量衡および形態を得る。これは、モデリングアルゴリズム処理、統計アルゴリズム処理および現行技術にあるモデリングの他の制約を軽減する。したがって、必要であれば、粒子データをモデルにするのでなく直接撮像し測定するので、サンプルの処理および状態のいずれかが問題となり、それが測定の正確度と精度を高める。
【００７４】
粒度測定アプリケーション１３００の１３１０において、粒度測定像パラメーターを決める。例えば基本的な装置設計を、撮像のために上述の所望のピクセル１つ当たりの絶対空間分解能および有効分解倍率に設定できる。これらのパラメーターは、例えば視界（ＦＯＶ）、被写界深度（ＤＯＦ）および作動距離（ＷＤ）を規定する。同時測定は、選択した時間間隔で、一般的なビデオ速度で同時におよび／または像をとらえる所望の速度で、媒体を非同期に撮像することにより達成できる。同時撮像はまた、後の像処理のために選択した時間で像をとらえることにより達成できる。非同期撮像は、後の像処理のために、選択した時間および負荷サイクルで機器照明をパルシングすることにより、選択した時間で像をとらえることで達成できる。
【００７５】
１３２０では、自動（または手動）分析のためにサンプル導入処理を選択する。サンプルは、（限定されるものではないが）以下のあらゆる撮像処理で本発明に適する撮像装置に導入できる。
１） 上述した全ての方法および透過媒体に加えて
２） キュベット、スライドおよび／または透過媒体中の個々の手動サンプル
３） 例えばガスまたは液体の流れの中の粒子の連続流入
４） 反射撮像用に構成された撮像装置で、サンプルは不透明であり、分析する物質に実質的に関係しない不透明な「キャリアー」の上に乗せられる（自動でおよび／または手動で）
【００７６】
１３３０では、処理制御および／またはモニタリングシステムを構成する。粒子の特性（例えばサイズ、形状、形態、断面、分布、密度、パッキングフラクションおよび他のパラメーターが自動に決定できる）の直接測定による処理の同時閉ループおよび／または開ループモニタリング、同処理による製造（例えば粒子サイズに基づく閉ループ）および同処理の制御が構成できる。直接測定技術は任意の粒子サンプルに実施されるが、必要であれば、自動アルゴリズムおよび／または処理は撮像したサンプルにも応用できる。さらに直接測定に基づく粒子のキャラクタライゼーション装置は、直接測定による処理制御、品質制御などを目的に粒子特性をモニターおよび通信するために、実質的に製造工程のいかなる点にも組み込むことができる。
【００７７】
１３４０では、複数の異なるサンプルのタイプを分析のために選択できる。例えば所定のサンプルタイプの粒子特性を制御し、記録しおよび／または通信するための閉フィードバックループ処理システム（必要であれば開ループ技術も含む）の一部である装置での直接測定のために、上述のいかなる形状の粒子サンプルも、連続流入の、定期的なおよび／または非同期の処理に導入することができる。非同期および／または同期（非同期は、イベントによって送られる引き金となる信号でおよび／または撮像を始めるための引き金となる信号を発生するイベントまたは対象によって開始される引き金となる信号で撮像することを意味し、同期は、照明を始動するために送られるタイミング信号で撮像することを意味する。）。非同期および／または同期の撮像は、実質上いかなる粒子流入速度であっても、所望の撮像視界に一致するように照明源をパルシングすることにより達成できる。これは、撮像センサーが処理および分析のために像をとらえ、表示しおよび記録するように、固体照明を所定の負荷サイクルで断続的に「点滅」させるための、例えばコンピュータおよび／または機械の、光学のおよび／または電子のいずれかの「引き金」機構によって制御できる。これが、「動きを止める」というよりは媒体中を流れる粒子の動きを「フリーズ」するために効率的に調節できるならば、照明と撮像を確実に処理できる。その上、これにより後の撮像処理および分析のために視界中のサンプルを撮像できる。
【００７８】
１３４０のｋ空間に基づく粒子特性の直接測定による処理の同時（または実質上同時）閉ループおよび／または開ループのモニタリング、同処理による製造および同処理の制御は、（限定されないが）以下のものを含む広範な処理に応用できる。セラミック、金属粉末、医薬品、セメント、鉱物、鉱石、塗料、粘着剤、顔料、染料、カーボンブラック、フィルタ材料、爆発物、食品調製品、健康および美容のエマルジョン、ポリマー、プラスチック、ミセル、飲料および処理のモニタリングおよび制御を要する粒子をベースとしたさらに多くの物質。
【００７９】
他の応用は、限定されないが、以下のものを含む。
・機器の較正および標準化
・産業衛生調査
・材料研究
・エネルギーおよび燃焼研究
・ディーゼルおよびガソリンエンジンの排気物測定
・産業排出物測定
・基本的なエーロゾル研究
・環境調査
・生物エーロゾル検出
・医薬品研究
・健康および農業の実験
・吸入毒物検査、および／または
・フィルタ試験
【００８０】
１３５０では、ソフトウェアおよび／またはハードウェアを基礎にしたコンピュータによる像処理／分析を行うことができる。本発明に適合する装置から得た像は、実質的にいかなるハードウェアおよび／またはソフトウェアにしたがって処理できる。像のファイル形式はデジタル形式（例えばとらえた粒子のビットマップ）であるので、ソフトウェアベースの像処理は特注のソフトウェアおよび／または市販のソフトウェアにより達成できる。
【００８１】
分析、キャラクタライゼーションなどは、以下のものによっても行なえる。例えば分析は度量衡（直接測定に基づく）におよび／または比較（データベース）に基づく。比較分析は、既知の粒子の像データのデータベースおよび／またはその変形との比較を含む。高度な像処理は、同時のおよび／または定期的なサンプル測定により像の特性を明らかにし、目録を作成する。データは必要に応じて廃棄しおよび／または記録し、例えば既知のサンプル特性とのデータ照合により適当に選択した反応を始めることができる。さらにあらゆるデータ伝送処理の通信のために、本発明に適合する装置を結合することができる。これは、無線通信、広帯域通信、電話モデム、標準の電気通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）または他のネットワークプロトコル（例えばインターネット、ＴＣＰ／ＩＰ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ケーブルＴＶ伝送など）を含む。
【００８２】
図１５は、上述のシステムおよび処理に採用することができる本発明の一態様による蛍光アプリケーション１４００を示す。ｋ空間システムは、およそ２５０からおよそ４００ｎｍの波長の光（紫外光など）を放射する発光ダイオード（ＬＥＤ）などの低輝度光源を１４１０に含む光システムを有する本発明に適している。本願に説明したｅｐｉ−照明、トランス照明（または他のタイプ）を得るためにＬＥＤを利用できる。ＬＥＤ（または他の低出力ＵＶ光源）を使用することにより導波管照明も可能となり、ＵＶ光のエバネッセント波結合が物体中で蛍光を励起するようにＵＶ励起波長を検査対象物体を担持する平面に１４２０で導入する。例えばＵＶ光を、物体が位置する基材に対しほぼ直角に投じる。１４３０では、ＬＥＤ（または他の光源またはそれらの組み合わせ）は、あらかじめ決めた時間光を放射できるおよび／または所定の速度でパルスを放射するストロボのような方法で制御できる。１４４０では、１４３０で決めた時間、励起を行なう。１４５０では、物体の自動および／または手動分析を、励起期間（および／またはおよそその期間）中に実施する。
【００８３】
実例として、物体は光源からのＵＶ光の励起に反応して蛍光を発する点で、紫外線に対して感受性がある。蛍光は、物質（有機または無機の）の状態であり、物質が励起光を吸収する間、光を放射し続ける。蛍光は、物質固有の特性（自家蛍光など）でありまた、フルロクロム（ｆｌｕｒｏｃｈｒｏｍｅ）染色または染料を利用することなどによって引き起こされる。物体に関係する異なった状態を知ることを容易にするために、染料は特異なたんぱく質または他の感受性を有するものに対して親和性を有することができる。特殊な例では、蛍光顕微鏡検査および／またはデジタル撮像により、二次蛍光を生ずるさまざまな物質を研究するための方法を得ることができる。
【００８４】
さらに他の例として、ＵＶ ＬＥＤ（または他の光源）により、短時間のＵＶ放射線の強烈なフラッシュを得ることができ、センサー（励起波長に適合したセンサー）により短時間後（例えば数ミリ秒から数秒）の像を作成できる。この様式は、検査している物体（またはサンプル）の蛍光成分の時間減衰特性を調査するのに利用できる。これは、物体の２つの部分（または異なるサンプル）が反応する（例えば連続照明下で実質的に同じ蛍光を発するが、異なる放射減衰特性を持つ）場合に重要である。
【００８５】
ＬＥＤなどの低出力ＵＶ光源を使用する結果、光源からの光により、試験対象物体の少なくとも一部が一般に紫外波長ではない光を放射する。物体の少なくとも一部が蛍光を発するので、物体の異なった特性を解明するために、蛍光を発する前または後の像を、物体が蛍光を発している間に得た像と相互に関係付けることができる。
【００８６】
対照的にほとんどの従来の蛍光システムは、試料に光を当て、次いで通常はフィルタを通して、より明るい励起光からずっと弱い再放射される蛍光を分離するように構成されている。蛍光を検出できるよう、このような従来のシステムは、通常強力な光源を必要とする。例えば光源は水銀またはキセノンアーク（バーナー）ランプであり、蛍光試料を撮像するのに十分強力な高輝度照明を得ることができる。これらのタイプの光源は、使用すると熱くなる（例えば一般的に１００〜２５０ワットランプ）のに加えて、通常寿命が短い（例えば１０〜１００時間）。さらにアークランプは定格寿命を越えて使用すると、非効率的になり破損しやすい傾向があるので、このような従来の光源は、使用時間数を記録するのに役立つように多くの場合タイマーを含む。その上、水銀バーナーの輝度の大部分は近紫外線であるので、水銀バーナーでは、一般に、紫外線から赤外線までの周波数帯にわたる均一な輝度を得ることができない。これは多くの場合、不要な光波長を除く精密フィルタを必要とする。したがって、本発明によるＵＶ ＬＥＤの使用は、電力消費および使用によって生じる熱を低減する、所望のＵＶ波長での実質的に均一な輝度を得ることができる。加えて、ＬＥＤ光源の交換費用は従来のランプよりもずっと低い。
【００８７】
図１６は、本発明の一態様による薄膜アプリケーション１５００を示す。膜および薄膜は、一般用語で薄い層を意味し（それぞれの物質に適した方法で選択した種々の基材の上に被覆された分子の厚さから、顕微鏡でしか見えないほど薄い物質、肉眼で見える物質または複数の物質まで多様）および（限定されないが）以下の何れのものも含む。金属コーティング（例えば部分的なものも含む、反射、不透明および透過コーティング）、光学コーティング（例えば干渉、透過、反射防止、通過帯域、遮断、保護、複数コートなど）、めっき（例えば金属、酸化物、化学、抗酸化、熱めっき（ｔｈｅｒｍａｌ ｐｌａｎｔｉｎｇ）など）、電気伝導性のもの（例えば被覆または構成されたマクロおよびミクロの回路）、光学的に伝導性のもの（例えば被覆された種々の屈折率の光学物質、マイクロおよびマクロの光学「回路」）。膜は、所望の厚さ、堅さ、連続性、均一性、接着力および所定の被覆膜に関係する他の特性で、ある物質の所望の層を基材の上に沈着させる多様な方法で被覆することを特徴とするあらゆる基材上の他のコーティングおよび層状膜およびフィルム様物質をも含む。関係する薄膜分析は、微小の泡、空間、微細な破片、被覆のきずなどの検出を含む。
【００８８】
１５１０において、ｋ空間システムを本発明の一態様による薄膜分析用に構成する。ｋ空間撮像装置を薄膜検査およびキャラクタライゼーションの問題へ応用することにより、例えば薄膜または膜のきずを特定し特徴を明らかにすることができる。このようなシステムは、以下のことを容易にするために適合できる。
１） すべての種類の被覆薄膜を有する基材の手動観察
２） 合否検査のための、すべての種類の被覆薄膜を有する基材の自動観察／分析およびキャラクタライゼーション
３） コンピュータ制御の比較処理のための、すべての種類の被覆薄膜を有する基材の自動観察およびキャラクタライゼーションで、これは、検証、認証などのための、選択した記録媒体（例えばＣＤ―ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭなど）に書き込んだ像データを含む。
【００８９】
ｋ空間装置は、ピクセル当たりの所望の絶対空間分解能（ＡＳＲ）および所定の有効分解倍率（ＥＲＭ）で撮像するように構成できる。これらのパラメーターにより、例えばＦＯＶ、ＤＯＦおよびＷＤの決定が容易になる。これは、対物レンズに基づく設計構成および／または無色設計構成（例えば広いＦＯＶおよび適度のＥＲＭおよびＡＳＲのために）を含む。照明は、例えば透過照明および／またはｅｐｉ−照明のように、検査条件に基づいて選択する。
【００９０】
１５２０では、走査するような方式で以下により基材を撮像機にのせる。
１） 光学走査方法による光学撮像路長の動き
２） 機械的な動きおよび制御（コンピュータによる自動のまたは操作者による手動の）による検査対象物体の直接の索引付け。これにより、要望に応じ表面全体または表面の部分を検査するのが容易になる。粒度測定の文中で上述したように、選択した時間間隔および／または同時に、基材のそれぞれの走査範囲（例えばＦＯＶによって決める）を、一般的なビデオ速度および／または像をとらえる速度で非同期に撮像できる。索引をつけたおよび／または走査した範囲の像を、後の像処理のために所定の頻度でとらえる。加えてサンプルは、手動でおよび／またはコンベアシステムのような「供給装置」から自動化して装置に導入できる。
【００９１】
１５３０では、薄膜アプリケーションの操作パラメーターを決定し、適用する。典型的な操作パラメーターは、（限定されないが）以下のものを含む。
１） 限定されないが、薄膜の表面（または内部）の粒子および穴を含むさまざまなきずおよび特性の撮像
２） 反射および透明の両方の表面用に必要に応じ変化するモジュール設計
３） 連続して索引をつけた（および／または「走査した」）像範囲を、サイズ、位置および／または数により、（それぞれのサンプル表面の索引の識別と総計で）表面のきずの自動計数および分類
４） 後の手動検査のための欠陥位置の記録
５） 後の移植（例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）または他のプロトコル経由で）のためにまたはコンピュータ、サーバーおよび／またはクライアント上のアーカイブおよび文書化用に、手動および／または自動の像処理のために、標準形式で像を得る、および／または
６） 総面積に依存する数秒から数分の表面当たりの名目走査時間。走査および索引づけの速度は、一般に、サンプル面積および後処理で変わる。
【００９２】
１５４０では、ソフトウェアおよび／またはハードウェアに基づくコンピュータによる像処理／分析を行う。本発明に適合する装置からの像は、実質的にいかなるハードウェアおよび／またはソフトウェア処理でも処理できる。像のファイル形式はデジタル形式（例えばとらえた膜のビットマップなど）なので、ソフトウェアに基づく像処理は、特注のソフトウェアおよび／または市販のソフトウェアによって達成できる。分析、キャラクタライゼーションなどは、以下のものによっても達成できる。例えば分析は、度量衡（直接測定に基づく）におよび／または比較（データベース）に基づく。比較分析は、既知の膜の像データのデータベースおよび／またはその変形と比較することを含む。高度な像処理は、同時および／または定期的なサンプル測定で像の特性を明らかにし、目録を作成する。データは必要に応じて廃棄および／または記録でき、例えば既知のサンプル特性とのデータ照合により、適当に選択した反応を始めることができる。さらにあらゆるデータ伝送処理での通信のために、本発明に適合する装置を結合することができる。これは、無線通信、広帯域通信、電話モデム、標準の電気通信、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）または他のネットワークプロトコル（例えばインターネット、ＴＣＰ／ＩＰ、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ケーブルＴＶ伝送など）を含む。
【００９３】
本発明の他の態様では、上述の撮像システムは、生体物質の改善された撮像システムおよび方法を得るために利用できる生体物質および方法の特性の中でも特に、高有効分解倍率および高空間分解能を得ることができる。本発明の生体物質の撮像システムおよび方法により、生体物質の分類（例えば正常または異常）のみならず生体物質の識別ができる改善された像（高有効倍率、改善された分解能、改善された被写界深度など）の作成が可能である。
【００９４】
生体物質は、細菌、ウイルス、原生動物、真菌および繊毛虫などの微生物（肉眼では観察できないほど小さい生物）；標識または非標識の生物由来の細胞物質（溶解された細胞、細胞間物質または全細胞）、たんぱく質、抗体、脂質および炭水化物のような生物由来の細胞物質；および細胞塊（組織サンプル）、血液、瞳孔、虹彩、指先、歯、皮膚の部分、毛、粘膜、膀胱、胸部、雄／雌の生殖系構成要素、筋肉、血管構成要素、中枢神経系構成要素、肝臓、骨、結腸、すい臓などの生物の部分を含む。本発明の生体物質撮像システムは比較的大きい作動距離を採用することができるので、組織サンプルの摘出の必要なく人体の部分を直接検査してもよい。
【００９５】
細胞は、ヒト細胞、ヒト以外の動物細胞、植物細胞および人工／研究用細胞を含む。細胞は、原核および真核の細胞を含む。細胞は、正常、癌、変異、損傷または異常細胞でもよい。
【００９６】
ヒト以外の細胞の例には、炭疽菌（anthrax）、放線菌属（Actinomycetes spp.）、アゾトバクター（Azotobacter）、バチルス・アンスラシス（Bacillus anthracis）、バチルス・セレウス（Bacillus cereus）、バクテロイデス属（Bacteroides species）、Bordetella pertussis、Borrelia burgdorferi、Campylobacter jejuni、Chlamydia species、Clostridium species、Cyanobacteria、Deinococcus radiodurans、大腸菌（Escherichia coli）、エンテロコッカス（Enterococcus）、Haemophilus influenzae、Helicobacter pylori、Klebsiella pneumoniae、Lactobacillus spp.、Lawsonia intracellularis、Legionellae、Listeria spp.、マイクロコッカス属（Micrococcus spp.）、Mycobacterium leprae、Mycobacterium tuberculosis、Myxobacteria、Neisseria gonorrheoeae、Neisseria meningitidis、Prevotella spp.、シュードモナス属（Pseudomonas spp.）、サルモネラ（Salmonellae）、Serratia marcescens、Shigella species、Staphylococcus aureus、Streptococci、Thiomargarita namibiensis、Treponema pallidum、Vibrio cholerae、Yersinia enterocolitica、Yersinia pestisなどを含む。
【００９７】
さらに生体物質の例は、風邪、感染、マラリア、クラミジア、梅毒、淋病、結膜炎、炭疸病、脳膜炎、ボツリヌス中毒、下痢、ブルセラ症、カンピロバクター（campylobacter）、カンジダ症、コレラ、コクシジウム症（coccidioidomycosis）、クリプトコッカス症（cryptococcosis）、ジフテリア、肺炎、経口伝染病、鼻疽（鼻疽菌（Burkholderia mallei））、インフルエンザ、ライ病、ヒストプラズマ症、レジオネラ病、レプトスピラ症、リステリア症、類鼻疽、ノカルジア症、ノンテュバクロシス マイコバクテリウム（nontuberculosis mycobacterium）、消化性潰瘍、百日咳、肺炎、オウム病、腸炎菌（salmonella enteritidis）、細菌性赤痢、スポロトリクム症、連鎖球菌性咽頭炎、毒素性ショック症候群、トラコーマ、腸チフス、尿路感染症、ライム病などの疾患を起こすものである。後述するように本発明はさらに上述のいかなる疾患の診断方法にも関係する。
【００９８】
ヒト細胞の例は、線維芽細胞、骨格筋細胞、好中性白血球、リンパ球白血球、赤芽球赤血球、骨芽細胞、軟骨細胞、好塩基球白血球、好酸球白血球、脂肪細胞、無脊椎動物の神経細胞（へリックス アスペラ（Helix aspera））、哺乳類神経細胞、副腎髄質細胞、メラニン形成細胞、上皮細胞、内皮細胞；全ての種類の腫瘍細胞（特に、黒色腫、骨髄球性白血病、肺、乳房、卵巣、大腸、腎臓、前立腺、膵臓および精巣の癌）、心筋細胞、内皮細胞、上皮細胞、リンパ球（Ｔ細胞およびＢ細胞）、肥満細胞、好酸球、血管内膜細胞、肝細胞、単核の白血球を含む白血球、ヘモポエティック（haemopoetic）、神経、皮膚、肺、腎臓、肝臓および筋の幹細胞のような幹細胞、破骨細胞、軟骨細胞および他の結合組織細胞、ケラチン生成細胞、メラニン形成細胞、肝臓細胞、腎臓細胞および脂肪細胞を含む。研究用細胞の例は、形質転換細胞、Ｊｕｒｋａｔ Ｔ細胞、ＮＩＨ３Ｔ３細胞、ＣＨＯ、ＣＯＳなどを含む。
【００９９】
細胞株および他の生体物質の有用な材料は、ＡＴＣＣ Ｃｅｌｌ Ｌｉｎｅｓ ａｎｄ Ｈｙｂｒｉｄｏｍａｓ、Ｂａｃｔｅｒｉａ ａｎｄ Ｂａｃｔｒｉｏｐｈａｇｅｓ、Ｙｅａｓｔ、Ｍｙｃｏｌｏｇｙ ａｎｄ ＢｏｔａｎｙおよびＰｒｏｔｉｓｔｓ：Ａｌｇａｅ ａｎｄ ＰｒｏｔｏｚｏａおよびＡｍｅｒｉｃａｎ Ｔｙｐｅ Ｃｕｌｔｕｒｅ Ｃｏ．（Ｒｏｃｋｖｉｌｌｅ， Ｍｄ．）から入手可能な他のものの中から見出すことができ、これらの全てを本願明細書に引用したものとする。並べ挙げることができる細胞および他の生体物質の例は非常に多く、限定されるものではない。
【０１００】
生体物質の識別および分類により疾患を診断できる場合もある。したがって、本発明は、改善された診断システムおよび方法をも提供する。例えば本発明は、アテローム性動脈硬化症、血管形成、動脈硬化症、炎症、アテローム硬化型心疾患、心筋梗塞、動脈または静脈壁の外傷、神経変性障害および心肺障害に加えて、癌、筋骨格系、消化器系、生殖性系および消化管の病理などの医学病理の検出およびキャラクタライゼーションの方法を提供する。本発明は、ウイルス性および細菌性感染の検出およびキャラクタライゼーションの方法も提供する。本発明により、試験管内および生体内の両方の系で、生体物質に対するさまざまな物質の影響または生理学的活性を評価することも可能である。例えば本発明により、培地で培養する細胞集団または組織に対する薬などのような生理学的物質の影響の評価が可能となる。
【０１０１】
本発明の生体物質撮像システムにより、生体物質サンプルからデータを得るコンピュータによる制御または自動処理制御が可能となる。この点で、生体物質撮像システムに組み合わせるコンピュータまたは処理装置は、種々のタイプの異常細胞のような生体物質の像を含むメモリーまたはデータベースを含んでいるかまたは連結している。これに関係して、正常および異常な生体物質を自動指定してもよい。生体物質撮像システムは、所定の生体物質サンプルから像を得て、その像を、メモリー内の異常細胞の像のようなメモリー内の像と比較する。ある意味で、コンピュータ／処理装置は、収集した像データおよび保存した像データの比較分析を行い、分析結果に基づき、所定の生体物質が何であるかを判定し、所定の生体物質の分類（正常／異常、癌性／非癌性、良性／悪性、感染／非感染などの）を判定し、および／または、状態（診断）を判定する。
【０１０２】
コンピュータ／処理装置が、生体物質サンプルの特定の像と保存した像（異常細胞または同じ生体物質など）の間に十分な類似性があると判断する場合は、その像を保存し、その像に関するデータを生成する。コンピュータ／処理装置が、生体物質サンプルの特定の像と異常細胞／特定の生体物質の保存した像の間に十分な類似性がないと判断する場合は、さらに生体物質サンプルの位置を変え、追加の像とメモリーの像とを比較する。生体物質サンプルの特定の像と生体物質の保存した像の間に十分な類似性があるか否かの決定を助けるために、コンピュータ／処理装置により、統計的な方法を適用できる。コンピュータ／処理装置は、適当なあらゆる相関手段、メモリー、操作システム、分析構成要素およびソフトウェア／ハードウェアを利用できる。
【０１０３】
図１７において、コンピュータによる制御または自動処理制御により、生体物質サンプルから像を得ることができる本発明の一態様である自動生体物質撮像システム１６００の典型的な態様を示す。前述の図１から１６に関係して説明／構成した撮像システム１６０２を、生体物質１６０４の像をとらえるために利用してもよい。撮像システム１６０２を、撮像システム１６０２によって生成された像を読み、その像をデータ記録装置１６０８中のさまざまな像と比較する処理装置１６０６および／またはコンピュータに連結する。
【０１０４】
処理装置１６０６は比較のための分析構成要素を含む。像処理に使用する多くのアルゴリズムの内のいくつかは、（他の多くの基礎となる）畳み込み、ＦＦＴ、ＤＣＴ、シニング（またはスケレトニゼーション）、エッジ検出およびコントラスト強調を含む。これらは、通常ソフトウェアによって実行されるが、早く処理するために特殊用途のハードウェアを使用することもある。ＦＦＴ（高速フーリエ変換）は、一群の離散データ値のフーリエ変換を計算するためのアルゴリズムである。データ点の有限な群、例えば実環境信号からの周期的なサンプリングを考えると、ＦＦＴはデータの成分周波数の形でそのデータを表す。ＦＦＴは、周波数データから信号を再構築する本質的に正反対の関係も扱う。ＤＣＴ（離散コサイン変換）は、コサインの加重和として波形を表す技術である。像処理のために設計されたさまざまなアプリケーション、例えばＣＥＬＩＰ（像処理用携帯電話言語）およびＶＰＬ（ビジュアルプログラミング言語）などがある。
【０１０５】
データ記録装置１６０８は、１組以上のあらかじめ定められた像を含む。像は、さまざまな生体物質の正常な像および／またはさまざまな生体物質の異常な像（病的な、変異した、物理的に崩壊したものなど）を含んでもよい。データ記録装置１６０８に保存された像は、所定のとらえた像が保存された像と類似しているか否か（または類似の程度）を決定する基礎となる。ある態様では、自動生体物質撮像システム１６００は、生体物質サンプルが正常または異常であるかを判断するのに利用できる。例えば自動生体物質撮像システム１６００は、生体物質サンプル中の癌細胞などの異常細胞の存在を識別でき、所定の疾患または状態の診断が容易になる。他の態様では、自動生体物質撮像システム１６００は、疾患を引き起こす生体物質（前述の疾患を引き起こす細菌など）の存在を同定することによりおよび／または所定の生体物質が細菌のような疾患を引き起こすものに感染しているかを判定することにより、または、ある生体物資が異常（癌）であるかを判定することにより、先に挙げた疾患／疾病を診断できる。
【０１０６】
さらに他の態様では、自動生体物質撮像システム１６００は、由来が不明の生体物質が何であるかを同定するのに利用できる。例えば自動生体物質撮像システム１６００は、白い粉末が炭疽菌を含むかを識別できる。また、自動生体物質撮像システム１６００により、例えばサンプル血液中の白血球または赤血球計数などの生体物質の処理が容易になる。
【０１０７】
遠隔／手動操作のない撮像が容易になるように、サーボモーターまたは物平面内で生体物質サンプルを動かす他の手段を制御する制御装置にコンピュータ／処理装置１６０６を連結してもよい。つまり、オブジェクト視界内に生体物質サンプルスライドを移動するために、モーター、調節器および／または他の機械的手段を採用することができる。
【０１０８】
さらに生体物質検査処理の像は、コンピュータスクリーン、テレビおよび／または閉回路モニターで観察するように最適化されるので、遠隔およびウェブに基づく観察および制御を行ってもよい。同時撮像により、迅速な診断、データ収集／生成などのうち少なくとも１つが容易になる。
【０１０９】
他の態様では、生体物質撮像システムは、ヒトの部分（腕の病変、角膜混濁など）および生成した像に利用できる。像を、特定の種類の異常細胞（メモリーに保存された像）が存在する可能性を特定するように指示されているコンピュータ／処理装置へ（またはインターネットなどのネットワークへ）送ることができる。異常細胞を識別すると、コンピュータ／処理装置は、例えばレーザー、液体窒素、切断器具および／または同様なものなどを使用して異常細胞を取り除く／破壊するようにシステムに指示する。
【０１１０】
図１８は本発明による高度機械視覚システム１８００を表す。システム１８００は、本発明による撮像システム１０（図１）を含む。撮像システム１０は、上記にかなり詳細に説明しており、簡略にするためにそこで述べた詳細についてさらに説明することを省略する。撮像システム１０は製品または処理１８１０に関係するデータを収集するために採用でき、例えば生産量、処理制御、品質制御、試験、検査などに関して、製品または処理１８１０を調節できる制御装置１８２０へ像情報を提供できる。撮像システム１０は、上述のように多くの従来システムでは得られない精度で像データを収集することができる。さらに本撮像システム１０により得られる信頼性の高い像データは、製品または処理１８１０の高効率の機械視覚検査を可能にする。例えば多くの従来の機械視覚システムでは、通常検出できない微小の製品欠陥が、撮像システム１０によって収集された像データの結果、本システム１８００により検出できる。制御装置１８１０は、例えば製造スキームに関係して採用される適当ないかなる制御装置または制御システムであってよい。制御装置１８１０は、機械視覚に基づく制御システムで一般におこなわれるように、欠陥製品または処理を退ける、製品または処理を変更する、製品または処理を受け入れるなどをするために収集した像データを利用できる。システム１８００は、機械視覚に基づく適当なあらゆる状況で使用でき、本発明のそのようなすべての応用は本願付す請求項の範囲に入る。
【０１１１】
例えば本システム１８００は、安定して信頼性の高い半導体ベースの製品を製造するのに装置および／または処理の許容誤差が決定的に重要である半導体製造に関係して使用することができる。したがって、製品１８１０は、例えば半導体ウエハーを表しており、撮像システム１８００は、ウエハー上に形成される素子に関係するデータ（例えば重要な長さ、厚さ、起こり得る欠陥、他の物理的な性状など）を集めるために使用することができる。制御装置１８２０は、さまざまな欠陥を理由にウエハーを退ける、ウエハー上の素子製造に関係して処理を変更する、ウエハーを受け入れるなどをするために収集した像データを利用できる。
【０１１２】
上述の説明は、本発明の好適な態様である。言うまでもなく、考えられる全ての構成要素の組み合わせまたは方法を本発明を説明する目的で記載することは不可能であるが、当業者は、本発明のさらに多くの組み合わせおよび変更が可能であることを認識できる。したがって、本発明は、付した請求項の精神および範囲に入るそのような全ての変更、修正および変形を包含するものである。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つ以上のレセプターを有するセンサーと、分解サイズパラメーターを有する像伝達媒体とを含む撮像システムであり、
前記レセプターはサイズを有し、
前記像伝達媒体はレセプターサイズをオブジェクト視界内の回折限界スポットに関係するスケールまたはサイズとほぼ同様のスケールまたはサイズでオブジェクト視界を占めるように縮尺する作用をし、前記像伝達媒体は複合レンズ構成を含み、前記複合レンズ構成はオブジェクト視界に向いて配置される第１のレンズ、およびセンサーに向いて配置される第２のレンズ、ならびにあらかじめ決めた目的のｋ空間周波数を増大させ、あらかじめ決めた周波数外の周波数を低減するｋ空間フィルタを含み、
前記第１のレンズは、像伝達媒体内でレセプターサイズが見かけ上縮小されるように、前記第２のレンズよりも短い焦点距離を有するものであり、
前記ｋ空間フィルタ構成はレセプターのピクセルピッチを回折限界スポットに関係するスケールまたはサイズとほぼ同様のスケールまたはサイズに相互に関係づけることによって決定されるものである、
撮像システム。
【請求項２】
前記ｋ空間フィルタが、さらに非球面レンズ、繊維光学テーパ、像用導管およびホログラフィック光学要素のうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサーが、さらに１つ以上のレセプターに関係するピクセルのＭＮ配列を含むものであり、ＭおよびＮは整数の行と列をそれぞれ表し、前記センサーが、さらにデジタルセンサー、アナログセンサー、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー、ＣＭＯＳセンサー、電荷注入素子（ＣＩＤ）センサー、配列センサーおよび直線走査センサーのうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
さらにセンサーからの出力を受けるコンピュータおよびメモリーを含むものであり、前記コンピュータは、メモリーに出力を保存すること、メモリーの出力の自動分析を行うことおよび像の手動分析を可能にするようにメモリーをディスプレイに位置づけることのうち少なくとも１つを行う、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
さらにオブジェクト視界内の１つ以上の非発光性物体を照明する照明源を含むものであり、前記照明源は、さらに発光ダイオード、波長特定照明、広帯域照明、連続照明、ストロボ照明、ケーラー照明、アッベ照明、位相差照明、暗視野照明、明視野照明、Ｅｐｉ照明、干渉光、非干渉光、可視光、および、非可視光に適応するセンサーに適合する非可視光のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記非可視光がさらに赤外および紫外波長のうち少なくとも１つを含むものである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
さらに付随するアプリケーションを含むものであり、前記アプリケーションが、撮像、制御、検査、顕微鏡自動分析、生物医学的分析、細胞群体計数、組織学、凍結切片分析、細胞学、血液学、病理学、腫瘍学、蛍光、干渉、位相解析、生体物質分析、粒度測定アプリケーション、薄膜分析、空気品質モニタリング、浮遊微小粒子測定、光学欠陥解析、冶金、半導体検査および分析、自動視覚システム、三次元撮像、カメラ、複写機、ＦＡＸ装置および医学システムアプリケーションのうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
センサー上の隣り合うピクセル間のピクセルピッチサイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズに相当するように像伝達媒体によりセンサー上のピクセルピッチサイズを縮尺することを含む、
像を作る方法。
【請求項９】
像データを集める撮像システムと制御装置とを含む機械視覚システムであり、
さらに１つ以上のレセプターを有するセンサーと、オブジェクト視界からの光をセンサーの１つ以上のレセプターに導く像伝達媒体とを含み、
前記像伝達媒体はレセプターサイズをオブジェクト視界に回折限界スポットのサイズとほぼ同じサイズにマッチングし、
前記制御装置は像データを受けて、製品の製造に関係して像データを利用するものである、
機械視覚システム。
【請求項１０】
半導体に関係する製造システムに利用される、請求項９に記載の機械視覚システム。
【請求項１１】
生体物質の一部を撮像する撮像システムを含む生体物質撮像システムであり、
前記撮像システムは、１つ以上のレセプターを有するセンサーと、オブジェクト視界に回折限界スポットサイズを有する像伝達媒体とを含み、前記１つ以上のレセプターはレセプターサイズパラメーターを有し、前記像伝達媒体はオブジェクト視界のレセプターサイズパラメーターをオブジェクト視界の回折限界スポットサイズとほぼ同じサイズに縮尺する作用をするものである、
生体物質撮像システム。
【請求項１２】
前記生体物質が、ヒト細胞、ヒト以外の動物細胞、植物細胞および人工細胞からなる群から選択される少なくとも１つを含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１３】
前記生体物質がヒト細胞を含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１４】
前記生体物質が癌細胞を含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１５】
前記生体物質が細菌を含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１６】
生体物質の一部を撮像する撮像システムの物平面に生体物質を配置し、
センサー上の隣り合うレセプター間のピクセルピッチサイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズに相当するように像伝達媒体によりピクセルピッチサイズを縮尺し、
生体物質の像を形成することを含む、
生体物質を撮像する方法であり、
前記撮像システムは１つ以上のレセプターを有するセンサーと像伝達媒体とを含むものである、
生体物質を撮像する方法。
【請求項１】
１つ以上のレセプターを有するセンサーと、分解サイズパラメーターを有する像伝達媒体とを含む撮像システムであり、
前記レセプターはサイズを有し、
前記像伝達媒体はレセプターサイズをオブジェクト視界内の回折限界スポットに関係するスケールまたはサイズとほぼ同様のスケールまたはサイズでオブジェクト視界を占めるように縮尺する作用をし、前記像伝達媒体は複合レンズ構成を含み、前記複合レンズ構成はオブジェクト視界に向いて配置される第１のレンズ、およびセンサーに向いて配置される第２のレンズ、ならびにあらかじめ決めた目的のｋ空間周波数を増大させ、あらかじめ決めた周波数外の周波数を低減するｋ空間フィルタを含み、
前記第１のレンズは、像伝達媒体内でレセプターサイズが見かけ上縮小されるように、前記第２のレンズよりも短い焦点距離を有するものであり、
前記ｋ空間フィルタ構成はレセプターのピクセルピッチを回折限界スポットに関係するスケールまたはサイズとほぼ同様のスケールまたはサイズに相互に関係づけることによって決定されるものである、
撮像システム。
【請求項２】
前記ｋ空間フィルタが、さらに非球面レンズ、繊維光学テーパ、像用導管およびホログラフィック光学要素のうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記センサーが、さらに１つ以上のレセプターに関係するピクセルのＭＮ配列を含むものであり、ＭおよびＮは整数の行と列をそれぞれ表し、前記センサーが、さらにデジタルセンサー、アナログセンサー、電荷結合素子（ＣＣＤ）センサー、ＣＭＯＳセンサー、電荷注入素子（ＣＩＤ）センサー、配列センサーおよび直線走査センサーのうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
さらにセンサーからの出力を受けるコンピュータおよびメモリーを含むものであり、前記コンピュータは、メモリーに出力を保存すること、メモリーの出力の自動分析を行うことおよび像の手動分析を可能にするようにメモリーをディスプレイに位置づけることのうち少なくとも１つを行う、請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
さらにオブジェクト視界内の１つ以上の非発光性物体を照明する照明源を含むものであり、前記照明源は、さらに発光ダイオード、波長特定照明、広帯域照明、連続照明、ストロボ照明、ケーラー照明、アッベ照明、位相差照明、暗視野照明、明視野照明、Ｅｐｉ照明、干渉光、非干渉光、可視光、および、非可視光に適応するセンサーに適合する非可視光のうち少なくとも１つを含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記非可視光がさらに赤外および紫外波長のうち少なくとも１つを含むものである、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
さらに付随するアプリケーションを含むものであり、前記アプリケーションが、撮像、制御、検査、顕微鏡自動分析、生物医学的分析、細胞群体計数、組織学、凍結切片分析、細胞学、血液学、病理学、腫瘍学、蛍光、干渉、位相解析、生体物質分析、粒度測定アプリケーション、薄膜分析、空気品質モニタリング、浮遊微小粒子測定、光学欠陥解析、冶金、半導体検査および分析、自動視覚システム、三次元撮像、カメラ、複写機、ＦＡＸ装置および医学システムアプリケーションのうち少なくとも１つを含むものである、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
センサー上の隣り合うピクセル間のピクセルピッチサイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズに相当するように像伝達媒体によりセンサー上のピクセルピッチサイズを縮尺することを含む、
像を作る方法。
【請求項９】
像データを集める撮像システムと制御装置とを含む機械視覚システムであり、
さらに１つ以上のレセプターを有するセンサーと、オブジェクト視界からの光をセンサーの１つ以上のレセプターに導く像伝達媒体とを含み、
前記像伝達媒体はレセプターサイズをオブジェクト視界に回折限界スポットのサイズとほぼ同じサイズにマッチングし、
前記制御装置は像データを受けて、製品の製造に関係して像データを利用するものである、
機械視覚システム。
【請求項１０】
半導体に関係する製造システムに利用される、請求項９に記載の機械視覚システム。
【請求項１１】
生体物質の一部を撮像する撮像システムを含む生体物質撮像システムであり、
前記撮像システムは、１つ以上のレセプターを有するセンサーと、オブジェクト視界に回折限界スポットサイズを有する像伝達媒体とを含み、前記１つ以上のレセプターはレセプターサイズパラメーターを有し、前記像伝達媒体はオブジェクト視界のレセプターサイズパラメーターをオブジェクト視界の回折限界スポットサイズとほぼ同じサイズに縮尺する作用をするものである、
生体物質撮像システム。
【請求項１２】
前記生体物質が、ヒト細胞、ヒト以外の動物細胞、植物細胞および人工細胞からなる群から選択される少なくとも１つを含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１３】
前記生体物質がヒト細胞を含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１４】
前記生体物質が癌細胞を含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１５】
前記生体物質が細菌を含むものである、請求項１１に記載の生体物質撮像システム。
【請求項１６】
生体物質の一部を撮像する撮像システムの物平面に生体物質を配置し、
センサー上の隣り合うレセプター間のピクセルピッチサイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズを決め、
オブジェクト視界の分解可能な物体サイズに相当するように像伝達媒体によりピクセルピッチサイズを縮尺し、
生体物質の像を形成することを含む、
生体物質を撮像する方法であり、
前記撮像システムは１つ以上のレセプターを有するセンサーと像伝達媒体とを含むものである、
生体物質を撮像する方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【公開番号】特開２００９−２５８７４６（Ｐ２００９−２５８７４６Ａ）
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１６８９５４（Ｐ２００９−１６８９５４）
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【分割の表示】特願２００３−５１１３１２（Ｐ２００３−５１１３１２）の分割
【原出願日】平成１４年７月３日（２００２．７．３）
【出願人】（５０４００５８５１）パランティア リサーチ，エルエルシー (1)
【出願人】（５０４００５８３９）
【出願人】（５０４００５８２８）
【出願人】（５０４００５８６２）
【出願人】（５０４００５８４０）アンカー テクノロジー，エルエルピー (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月５日（２００９．１１．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月１７日（２００９．７．１７）
【分割の表示】特願２００３−５１１３１２（Ｐ２００３−５１１３１２）の分割
【原出願日】平成１４年７月３日（２００２．７．３）
【出願人】（５０４００５８５１）パランティア リサーチ，エルエルシー (1)
【出願人】（５０４００５８３９）
【出願人】（５０４００５８２８）
【出願人】（５０４００５８６２）
【出願人】（５０４００５８４０）アンカー テクノロジー，エルエルピー (1)
【Ｆターム（参考）】
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