画像取得装置および画像取得システム
【課題】 ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる画像取得装置を提供すること。
【解決手段】 被検物３０の画像を取得する画像取得装置は、被検物３０の表面形状を計測する計測装置２と、計測装置２で計測した表面形状に基づいて被検物３０の像を撮像する顕微鏡１とを備える。
【解決手段】 被検物３０の画像を取得する画像取得装置は、被検物３０の表面形状を計測する計測装置２と、計測装置２で計測した表面形状に基づいて被検物３０の像を撮像する顕微鏡１とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像取得装置および画像取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
病理学の分野等で、スライドの像を撮像することによりデジタル画像（バーチャルスライド画像）を画像取得装置で取得し、そのデジタル画像を高解像度で表示装置に表示する画像取得システムが注目されている。
【０００３】
画像取得装置ではスライドを高解像度で高速に撮像することが求められており、そのためには、スライドのなるべく広い領域を高解像度で一度に撮像する必要がある。そこで、広視野かつ高解像度の対物レンズを用い、その視野内に撮像素子群を配置している画像取得装置が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
なお、高解像度のデジタル画像を効率良く取得するために、低解像度でスライドの像を撮像することでスライド上の試料（生体サンプル）の存在する領域を予め計測し、その領域のみで高解像度の撮像を行う画像取得装置が提案されている（特許文献２）。また、複数個の生体サンプルを含むスライドの像を撮像する場合に、生体サンプル毎に対物レンズの焦点を変更する画像取得装置が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００３０１６
【特許文献２】特開２００７−３１０２３１
【特許文献３】特開２００７−２３３０９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
対物レンズの解像度を高くすると、対物レンズの焦点深度が浅くなってしまう。また、スライドガラスとカバーガラスの間に試料を密封するためにスライドガラスとカバーガラスを接着すると、カバーガラスと試料がともに変形してしまう場合がある。試料が変形してその表面がうねってしまうと、試料の一部が対物レンズの焦点深度内に入りきらなくなり、ボケの少ない良好な画像を取得できない。
【０００７】
そこで、本発明は、広視野かつ高解像度の対物レンズを用いた場合でも、ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる画像取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての画像取得装置は、被検物の画像を取得する画像取得装置であって、前記被検物の表面形状を計測する計測装置と、前記計測装置で計測した前記表面形状に基づいて、前記被検物の像を撮像する顕微鏡と、を備えることを特徴とする。
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる画像取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像取得システム１００の図である。
【図２】被検物３０の図である。
【図３】対物レンズ４０の図である。
【図４】撮像ユニット５０の図である。
【図５】計測装置２の図である。
【図６】被検物３０における透過光Ｔ及び反射光Ｒを説明する図である。
【図７】被検物３０の存在領域Ｅを説明する図である。
【図８】シャックハルトマン波面センサ９０２の図である。
【図９】検出器アレイ９２２の図である。
【図１０】計測装置２の変形例（２ａ）の図である。
【図１１】合焦曲面の模式図である。
【図１２】Ｙｉ軸に沿って並ぶ撮像素子５０１ａ〜５０１ｄを説明するための図である。
【図１３】撮像素子の駆動のさせ方を説明するための図である。
【図１４】撮像ユニット５０の変形例（５０ａ）の図である。
【図１５】画像取得装置の動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、画像取得システム１００の図である。図１に基づいて、本実施形態の画像取得システム１００について説明する。画像取得システム１００は、被検物（スライド）の画像を取得し、その画像を表示するためのシステムである。
【００１２】
画像取得システム１００は、スライド３０の像を撮像する顕微鏡１と、スライド３０の予備計測を行う計測装置２と、顕微鏡１および計測装置２を制御しデジタル画像を作成する制御装置３と、デジタル画像を表示する表示装置４を備える。画像取得システム１００は、計測装置２でスライド３０の予備計測を行ってから、顕微鏡でスライド３０の像を撮像する。なお、顕微鏡１と計測装置２と制御装置３は、スライドのデジタル画像を取得する画像取得装置を構成している。
【００１３】
まず、顕微鏡１について説明する。
顕微鏡１は、スライド３０を照明する照明ユニット１０と、スライド３０の像を結像する対物レンズ４０と、スライド３０の像を撮像する撮像ユニット５０と、撮像ユニット５０を保持する撮像ユニットステージ６０を有する。スライドステージ２０は、スライド３０を保持し移動する部材である。
【００１４】
照明ユニット１０は、光源部と、光源部からの光をスライド３０へ導く光学系とを含む。光源部の光源としては、白色光源またはＲＧＢの各波長の光が切り替え可能な光源などを用いることができる。なお、本実施形態では、ＲＧＢを切り替え可能なＬＥＤ光源を用いている。光学系は、光源部からの発散光を平行光にするコリメータと、平行光を導光し且つスライド３０をケーラー照明するためのケーラー照明系を持つ。光学系は、光学フィルタを持っていても良い。照明ユニット１０は、スライド３０を通常照明および輪帯照明の切り替えができるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
スライドステージ２０は、スライド３０を保持する保持部（不図示）と、保持部をＸＹ方向に移動するＸＹステージ２２と、保持部をＺ方向に移動するＺステージ２４を含む。ここで、Ｚ方向は、対物レンズ４０の光軸方向に相当し、ＸＹ方向は、その光軸に垂直な方向に相当する。ＸＹステージ２２およびＺステージ２４には、照明ユニット１０からの光を通過させるための開口が設けられている。なお、スライドステージ２０は、顕微鏡１と計測装置２との間を往来可能に構成されている。
【００１６】
図２は、被検物３０の図である。被検物の一例であるスライド（プレパラート）３０は、図２に示したように、カバーガラス３０１と試料３０２とスライドガラス３０３を含む。スライドガラス３０３上に配置された試料３０２（組織切片等の生体サンプルなど）は、カバーガラス３０１および接着剤（不図示）で密封されている。スライドガラス３０３上には、例えばスライドガラスの識別番号およびカバーガラスの厚さなどスライド３０（試料３０２）を管理するのに必要な情報が記録されたラベル（バーコード）３３３が貼付されていてもよい。なお、本実施形態では、画像取得の対象となる被検物としてスライド３０を例示したが、それ以外の物を被検物としても良い。
【００１７】
図３は、対物レンズ４０の図である。対物レンズ４０は、スライド３０の像を所定の倍率で拡大しつつ撮像ユニット５０の撮像面上に結像するための結像光学系である。具体的には、図３に示したように、対物レンズ４０は、レンズおよびミラーを含み、物体面Ａ上の物体の像を像面Ｂ上に結像する。本実施形態において、対物レンズ４０はスライド３０と撮像ユニット５０の撮像面とが光学的に共役となるように配置されており、物体がスライド３０に相当し、像面Ｂが撮像ユニット５０の撮像面に相当する。対物レンズ４０の物体面側の開口数ＮＡは０．７以上が好ましい。また、対物レンズ４０は、物体面上の少なくとも１０ｍｍ×１０ｍｍの領域を一度に良好に結像することができるように構成されていることが好ましい。
【００１８】
図４（ａ）は、撮像ユニット５０の上面図である。撮像ユニット５０は、図４（ａ）に示したように、対物レンズ４０の視野Ｆ内に２次元的に配列している（タイリングされている）複数の撮像素子５０１からなる撮像素子群５５５を含み、一度に複数の画像を撮像する構成となっている。撮像素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。撮像ユニット５０に搭載される撮像素子の数は、対物レンズ４０の視野の面積に応じて適宜決定される。撮像素子の配置も、対物レンズ４０の視野の形状や撮像素子の形状・構成などによって適宜決定される。本実施形態では、説明を分かり易くするために、撮像素子群５５５としてＸ−Ｙ方向に５×４個のＣＭＯＳが並んでいるものを用いる。一般的な撮像ユニット５０では、撮像素子５０１の撮像面の周囲に基板面が存在するため、撮像素子５０１どうしを隙間なく隣接して配置することは不可能である。そのため、撮像ユニット５０での１回の撮影で得られる画像は、撮像素子５０１どうしの隙間に対応する部分が抜け落ちたものとなってしまう。そこで本実施形態の画像取得装置では、この撮像素子５０１どうしの隙間を埋めるため、スライドステージ２０を移動してスライド３０と撮像素子群５５５との相対位置を変更しながら撮像を複数回行うことで、抜けのない試料３０２の画像を取得する構成としている。この動作を高速に行うことにより、撮像に要する時間を短縮しつつ、広い領域の撮像を行うことができる。なお、撮像ユニット５０は、撮像ユニットステージ６０上に配置されているので、スライドステージ２０を移動する代わりに、撮像ユニットステージ６０を移動してもよい。さらに、撮像ユニット５０は、複数の駆動部を含む駆動機構を有する。複数の駆動部の夫々は、複数の撮像素子５０１の夫々の撮像面を駆動する。その具体例を図４（ｂ）に基づいて説明する。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面矢視図である。図４（ｂ）に示したように、撮像素子５０１には、基板５０２、電気回路５０３、保持部材５０４、接続部材５０５、駆動部材（シリンダ）５０６が設けられている。また、駆動部材５０６は定盤５６０上に設けられている。なお、接続部材５０５と駆動部材５０６は、駆動部を構成する。接続部材５０５および駆動部材５０６は、撮像素子５０１毎に３つずつ設けられている（図４（ｂ）では、そのうちの手前の２つのみを図示している）。接続部材５０５は、保持部材５０４に固定されており、駆動部材５０６との接続部を中心として回転可能に構成されている。したがって、駆動部は、撮像素子５０１の撮像面のＺ方向の位置を変更できるとともに、その撮像面の傾きを変更できるように構成されている。
【００１９】
撮像ユニットステージ６０は、ＸＹＺ方向の夫々に移動可能に構成されており、撮像素子群５５５の位置を調整できる。また、撮像ユニットステージ６０は、ＸＹＺ軸の夫々に関して回転可能に構成されており、撮像素子群５５５の傾きや回転を調整できる。
【００２０】
次に、計測装置２について説明する。
計測装置２は、図１に示したように、スライド３０を照明する照明部７０と、スライド３０上の試料の存在する領域（存在領域）を計測する存在領域計測部８０と、スライド３０の表面形状を計測する表面形状計測部９０を有する。
【００２１】
図５は、計測装置２の図である。照明部７０は、図５に示したように、光源７０１、集光レンズ７０２、ピンホール板７０３、コリメータレンズ７０４、絞り７１０、偏光ビームスプリッタ７０５、λ／４板７０６、絞り７１１を含む。光源７０１からの光は集光レンズ７０２でピンホール板７０３のピンホール上に集光される。ピンホールからの光（球面波）はコリメータレンズ７０４で平行光（平面波）に整形される。その平行光は、絞り７１０を介して偏光ビームスプリッタ７０５で反射され、λ／４板７０６および絞り７１１を介してスライド３０に入射する。なお、光源としては、ＬＥＤ光源または半導体レーザなどを使用することができる。また、ピンホール板７０３は、理想球面波とみなすことができる球面波が射出するように構成されている。照明部７０からの平行光は、少なくともカバーガラス３０１全域を照明するように構成されている。
【００２２】
図６は、被検物３０における透過光Ｔ及び反射光Ｒを説明する図である。図６に示したように、スライド３０のカバーガラス３０１に平面波として入射した入射光Ｉは、スライド３０を透過した透過光Ｔとカバーガラス３０１の表面で反射された反射光Ｒとに分割される。ここで、反射光Ｒは、カバーガラス３０１の表面のうねりに対応して、その波面Ｗが歪んでいる。本実施形態では、透過光Ｔは存在領域計測部８０へ入射し、反射光Ｒは絞り７１１およびλ／４板７０６を介して偏光ビームスプリッタ７０５を透過し表面形状計測部９０へ入射する。
【００２３】
図５に示したように、存在領域計測部８０は、フィルタ８０１と、カメラ８０３を含む。フィルタ８０１は、ＮＤフィルタであり、カメラ８０３に入射する光の光量を調節する。カメラ８０３は、例えばＣＣＤカメラであり、少なくともカバーガラス３０１全域を撮像するように構成されている。なお、光源７０１としてレーザを使うことでスペックルが発生する場合があるので、その場合にはランダム位相板８０２を透過光Ｔの光路中に配置して、駆動機構（不図示）で駆動（例えば、回転）すると良い。カメラ８０３に入射する光のうち、試料３０２を透過した光の光量は、試料３０２を透過しなかった光の光量に比べて少ない。したがって、スライド３０における試料３０２の存在領域は、カバーガラス３０１および試料３０２およびスライドガラス３０３を透過した光と、カバーガラス３０１およびスライドガラス３０３を透過した光とのコントラスト差を利用して求めることができる。例えば、カメラ８０３で撮像された画像情報は制御装置３に入力され、制御装置３では輝度が所定の閾値Ｌ以下である領域を試料３０２の存在領域として認識するという演算を行う。図７は、被検物３０の存在領域Ｅを説明する図である。図７に示したように、存在領域Ｅを矩形で定義する場合には、座標値Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の値を演算により求めることで、試料３０２の存在領域Ｅを決定することができる。
【００２４】
図５に示したように、表面形状計測部９０は、変倍光学系９０１と、入射光の波面を測定する波面センサ９０２を有する。変倍光学系９０１は、スライド３０と波面センサ９０２とが光学的に共役になり、結像倍率が可変となるように構成されている。本実施形態では、波面センサ９０２としてシャックハルトマン波面センサを用いているが、シャックハルトマン波面センサの代わりに干渉計（例えば、シアリング干渉計など）を用いて反射光Ｒの波面を検出してもよい。カバーガラス３０１の表面形状の計測にカバーガラス３０１の表面を一度に検出できる波面センサを用いることで、カバーガラス３０１の表面形状を高速かつ正確に計測できる。また、表面形状計測部９０では、カバーガラス３０１の表面からの反射光Ｒを用いてカバーガラス３０１の表面形状を計測しているので、透過光Ｔを用いて計測した場合に比べて試料３０２やスライドガラス３０３の影響を計測結果が受け難い。したがって、図５に示すように配置した表面形状計測部９０によれば、カバーガラス３０１の表面形状をより正確に計測することが可能となる。
【００２５】
図８は、シャックハルトマン波面センサ９０２の図である。シャックハルトマン波面センサ９０２は、図８に示すように、複数のレンズが２次元的に配列しているレンズアレイ９１２と、複数の検出器が２次元的に配列している検出器アレイ９２２を有する。レンズアレイ９１２のレンズは、入射光（反射光Ｒ）を波面分割し、かつ、その波面分割された光を検出器アレイ９２２の検出器上に集光する。シャックハルトマン波面センサ９０２を用いた表面形状の計測法を図８に加えて図９を用いて説明する。なお、図９は、シャックハルトマン波面センサ９０２の検出器アレイ９２２の図であり、白丸○は検出器の中心、黒丸●は集光位置を表す。図８（ａ）に示したように、入射光の波面Ｗが平面の場合には、波面分割された光は検出器の中心（レンズの光軸上）に集光される（図９（ａ））。しかし、図８（ｂ）に示したように、入射光の波面Ｗが歪んでいる場合には、波面分割された光の傾きに応じて、検出器の中心から外れた場所に入射光の集光位置がズレる（図９（ｂ））。制御装置３は、この集光位置のズレ量の測定値に基づいて入射光の波面形状を算出し、算出された波面形状からカバーガラス３０１の表面形状を求める。
【００２６】
なお、本実施形態では、透過光Ｔを存在領域計測部８０で用い、反射光Ｒを表面形状計測部９０で用いる構成とした。しかし、図１０に示したように、存在領域計測部８０と表面形状計測部９０の場所を入れ替えて、反射光Ｒを存在領域計測部８０で用い、透過光Ｔを表面形状計測部９０で用いる構成としてもよい。この構成は、カバーガラス３０１の表面形状のうねりによる波面のうねりのほうが、試料３０２およびスライドガラス３０３による波面のうねりよりもある程度大きい場合に有効である。また、この構成は、スライド３０を透過する透過光Ｔの光量のほうがスライド３０で反射する反射光Ｒの光量よりも一般的に大きいため、波面センサ９０２の感度が低い場合に有効である。なお、図１０は、計測装置２の変形例（２ａ）の図である。
【００２７】
計測装置２および計測装置２ａでは、透過光Ｔおよび反射光Ｒのうち一方の光を存在領域計測部８０で用い、他方の光を表面形状計測部９０で用いており、存在領域計測装置と表面形状計測装置の間で照明部を共有している。そのため、装置をコンパクトにすることができ、存在領域と表面形状とを同時に計測できるので計測時間を短くすることができる。 次に、制御装置３について説明する。
【００２８】
制御装置３は、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクなどを含むコンピュータによって構成される。制御装置３は、顕微鏡１を制御して撮像を行うとともに、顕微鏡１で撮像したスライド３０の像のデータを処理することで、デジタル画像を作成する。具体的には、制御装置３は、スライドステージ２０をＸＹ方向に移動しながら複数回撮像した画像どうしの位置合わせを行い、それらの画像を接続し、隙間の無い試料３０２の画像を作成する。また、本実施形態の画像取得装置では光源部からのＲＧＢの夫々の色ごとに試料３０２の像の撮像を行っているため、制御装置３でそれらの像のデータを合成することで試料３０２のカラー画像を作成する。
【００２９】
また、制御装置３は、計測装置２でスライド３０を予備計測した計測結果に基づいて顕微鏡１がスライド３０の像を撮像するように、顕微鏡１および計測装置２を制御する。具体的には、制御装置３は、計測装置２を用いて求めた試料３０２の存在領域に基づいて、顕微鏡１で撮像する撮像領域を決定し、顕微鏡１でその撮像領域のみを撮像する。これにより、病理診断などに必要な領域のみを撮像することができ、スライド３０のデジタル画像データの容量を小さくすることができ、デジタル画像データのハンドリングが容易になる。なお、通常は、存在領域と等しくなるように撮像領域を決定する。
【００３０】
さらに、制御装置３は、計測装置２を用いて求めたカバーガラスの表面形状３０１および対物レンズ４０の倍率に基づいて、試料３０２の像の合焦面（合焦曲面）を算出する。図１１は、算出した合焦面の模式図である。カバーガラスの表面がうねっていた場合、試料３０２の合焦面もうねっており曲面になっている。このような場合に、撮像素子群５５５の撮像面を同一平面上に並べた状態で試料３０２の像を撮像すると、一部の撮像面が、合焦面（合焦位置）から離れてしまい、対物レンズ４０の焦点深度内に収まらなくなる。その結果、その一部の撮像面上に投影される試料３０２の像がボケてしまい、ボケた部分が存在するデジタル画像を画像取得装置で取得してしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態の画像取得装置では、計測装置２で計測した表面形状に基づいて、撮像素子群５５５のうち合焦面と撮像面が離れている撮像素子を駆動機構で駆動し、その撮像素子の撮像面を合焦面に近づけている。ここで、「駆動」とは、位置および／または傾きを変更することである。その状態で、試料３０２の画像を取得することで、本実施形態の画像取得装置によれば、ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる。
【００３２】
以下、図１２および図１３に基づいて、より具体的に説明する。図１２は、Ｙｉ軸に沿って並ぶ撮像素子を説明するための図であり、図１３は、撮像素子の駆動のさせ方を説明するための図である。
【００３３】
図１２（ａ）に示したように、試料３０２の像の合焦曲面は、Ｙｉ軸およびＺｉ軸を含む断面上で曲線になっている。また、図１２（ｂ）に示したように、Ｙｉ軸に沿って４つの撮像素子５０１ａ〜５０１ｄが並んでいる。ここで、撮像素子群５５５の撮像面をＹｉ軸上に並べた場合には、撮像素子５０１ｂの撮像面が合焦曲線とΔＺだけ離れてしまう。ΔＺが大きく、焦点深度を超えていた場合には、その部分の画像がボケてしまう。そこで、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示したように、撮像素子５０１ａ〜５０１ｄの撮像面が合焦曲線にほぼ沿うように、撮像素子５０１ａ〜５０１ｄのうち３つの撮像素子５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｄを駆動し、その位置および／または傾きを変更する。例えば、図１３（ｂ）に示したように、撮像素子５０１ａ、５０１ｄは、Ｚ方向の位置およびＺ方向に対する傾きが変更されており、撮像素子５０１ｂは、Ｚ方向の位置のみが変更されている。なお、撮像素子５０１ｃのように、撮像面が焦点深度内に初めから入っている場合には、撮像素子５０１ｃを駆動機構で駆動する必要はない。図１３（ａ）の合焦曲線上の実線は、撮像素子５０１ａ〜５０１ｄの撮像面を表している（図１３（ｃ）も同様）。
【００３４】
このような撮像面の駆動を撮像素子群５５５の他の１６つの撮像素子でも同様に行うことで、撮像素子群５５５の撮像面のすべてが試料３０２の像の合焦曲面にほぼ沿うようになり、撮像素子群５５５の撮像面のすべてが焦点深度内に入ることになる。この状態で試料３０２の像を撮像することで、ピントの合ったボケのない良好なデジタル画像を画像取得装置で取得することが可能となる。
【００３５】
ところで、撮像素子５０１どうしの隙間を埋めるためにスライドステージ２０（または撮像ユニットステージ６０）をＸＹ方向へ移動し、試料３０２の撮像を再度行う際、その移動に応じて撮像素子５０１ａ〜５０１ｄの撮像面が合焦曲線から離れてしまう。そこで、図１３（ｃ）および図１３（ｄ）に示したように、駆動機構は、スライドステージ２０（または撮像ユニットステージ６０）のＸＹ方向への移動に応じて、撮像素子５０１の撮像面が試料３０２の像の合焦面に近づくように撮像素子５０１を再度駆動する。
【００３６】
なお、焦点深度があまり浅くない場合には、撮像素子の位置および傾きを変更できるように駆動機構を構成する必要はなく、撮像素子の位置のみ変更できるように図１４に示したように駆動機構を構成しても良い。図１４は、撮像ユニット５０の変形例（５０ａ）の図である。さらに、前述したように予め撮像領域を決定しているので、撮像素子群５５５のうち撮像領域内に存在する撮像素子だけを駆動すれば良い。
【００３７】
表示装置４は、例えば液晶ディスプレイであり、画像取得装置１００の動作に必要な操作画面の表示、または、制御装置３で作成された試料３０２のデジタル画像の表示等に用いられる。
【００３８】
次に、本実施形態の画像取得装置の動作を図１５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、スライド３０がスライドカセットから取り出され、スライドステージ２０上に配置される。スライド３０を保持したスライドステージ２０は、計測装置２に移動する（Ｓ１０）。計測装置２は、スライド３０中の試料３０２が存在する存在領域（撮像領域）とスライド３０の表面形状とを同時に計測する（Ｓ２０）。それらの計測結果は、制御装置３の記憶部に記憶される。次に、スライドステージ２０は、計測装置２から顕微鏡１に移動する（Ｓ３０）。
【００３９】
制御装置３の記憶部に記憶された表面形状と対物レンズ４０の倍率とに基づいて、試料３０２の合焦曲面が算出される。撮像ユニット５０の駆動機構は、算出された合焦曲面に撮像素子５０１の撮像面が沿うように、撮像素子５０１の撮像面を駆動する（Ｓ４０）。図１５では、ステップ３０におけるスライドステージ２０の移動後に、ステップ４０において撮像素子５０１を駆動しているように記載したが、それらは同時に実行されてもよいし、逆の順序で実行されてもよい。
【００４０】
撮像素子５０１の撮像面が合焦曲面に沿うように配置された状態で、撮像素子群５５５は、試料３０２の像を取得する（Ｓ５０〜Ｓ７０）。具体的には、まず、照明ユニット１０からのＲ光（赤色光）でスライド３０を照明している間に、撮像素子群５５５は、試料３０２のＲ画像（赤色画像）を取得する（Ｓ５０）。次に、照明ユニット１０から出射する光をＧ光（緑色光）に切り替え、Ｇ光でスライド３０を照明している間に、撮像素子群５５５は、試料３０２のＧ画像（緑色画像）を取得する（Ｓ６０）。最後に、照明ユニット１０から出射する光をＢ光（青色光）に切り替え、Ｂ光でスライド３０を照明している間に、撮像素子群５５５は、試料３０２のＢ画像（青色画像）を取得する（Ｓ６０）。なお、対物レンズ４０の色収差の影響またはカバーガラス３０１の形状もしくは厚さの影響で、ＲＧＢの夫々の光による試料３０２の合焦曲面が互いに異なる場合がある。その場合には、夫々の光による合焦曲面を、制御装置３の記憶部に記憶された表面形状に基づいて、予め計算してもよい。撮像面が焦点深度外になってしまうのであれば、Ｇ画像を取得する前および／またはＢ画像を取得する前にも、その撮像面が合焦曲面に近づき焦点深度内に収まるように、撮像素子５０１の位置または姿勢を駆動機構で変更してもよい。その際、撮像素子５０１の位置または姿勢を撮像ユニットステージ６０で変更してもよい。
【００４１】
タイリングされている複数の撮像素子５０１間の隙間における試料３０２の像を取得しておらず、全ての撮像領域の撮像が終了していない場合には、スライドステージ２０をＸＹ方向に移動して、スライド３０と撮像ユニット５０との相対位置を変更する（Ｓ８０）。そして、撮像面５０１の駆動（Ｓ４０）と画像の取得（Ｓ５０〜Ｓ７０）を再び実行することで、複数の撮像素子５０１間の隙間における試料３０２の像を取得する。なお、本実施形態では、スライドステージ２０を移動することで、スライド３０と撮像ユニット５０との相対位置を変更しているが、代わりに撮像ユニットステージ６０を移動してもよいし、スライドステージ２０および撮像ユニットステージ６０を移動してもよい。このスライドステージ２０のＸＹ方向への移動（Ｓ８０）と撮像面５０１の駆動（Ｓ４０）と画像の取得（Ｓ５０〜Ｓ７０）とを複数回（例えば３回）繰り返すことで、全ての撮像領域の撮像が終了する。
【００４２】
本実施形態の画像取得システムによれば、スライドの表面形状を計測装置で予備計測し、その計測結果に基づいて顕微鏡でスライドの像を撮像しているので、ボケの少ない良好なデジタル画像を取得し、表示することができる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００４４】
例えば、以上の実施形態では撮像素子毎に駆動機構を設けていたが、対物レンズ４０の焦点深度があまり浅くない場合またはカバーガラスのうねりが小さい場合には、個々の撮像素子に駆動機構を設けなくてもよい。その場合には、撮像ユニットステージ６０で撮像素子群５５５のＺ方向の位置または傾きを一度に調整してもよいし、対物レンズ４０の光路中に収差を変更するための光学素子を設けてその光学素子を駆動することとしてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、存在領域計測部８０と表面形状計測部９０を同じ計測装置２（２ａ）に設けていたが、存在領域計測部と表面形状計測部の夫々を別々の計測装置に設け、それらの計測装置間をスライドステージ２０で移動するように構成しても良い。
【００４６】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 顕微鏡
２ 計測装置
１０ 照明ユニット
３０ スライド
４０ 対物レンズ
５０ 撮像ユニット
７０ 照明部
８０ 存在領域計測部
９０ 表面形状計測部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像取得装置および画像取得システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
病理学の分野等で、スライドの像を撮像することによりデジタル画像（バーチャルスライド画像）を画像取得装置で取得し、そのデジタル画像を高解像度で表示装置に表示する画像取得システムが注目されている。
【０００３】
画像取得装置ではスライドを高解像度で高速に撮像することが求められており、そのためには、スライドのなるべく広い領域を高解像度で一度に撮像する必要がある。そこで、広視野かつ高解像度の対物レンズを用い、その視野内に撮像素子群を配置している画像取得装置が提案されている（特許文献１）。
【０００４】
なお、高解像度のデジタル画像を効率良く取得するために、低解像度でスライドの像を撮像することでスライド上の試料（生体サンプル）の存在する領域を予め計測し、その領域のみで高解像度の撮像を行う画像取得装置が提案されている（特許文献２）。また、複数個の生体サンプルを含むスライドの像を撮像する場合に、生体サンプル毎に対物レンズの焦点を変更する画像取得装置が提案されている（特許文献３）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００３０１６
【特許文献２】特開２００７−３１０２３１
【特許文献３】特開２００７−２３３０９８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
対物レンズの解像度を高くすると、対物レンズの焦点深度が浅くなってしまう。また、スライドガラスとカバーガラスの間に試料を密封するためにスライドガラスとカバーガラスを接着すると、カバーガラスと試料がともに変形してしまう場合がある。試料が変形してその表面がうねってしまうと、試料の一部が対物レンズの焦点深度内に入りきらなくなり、ボケの少ない良好な画像を取得できない。
【０００７】
そこで、本発明は、広視野かつ高解像度の対物レンズを用いた場合でも、ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる画像取得装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一側面としての画像取得装置は、被検物の画像を取得する画像取得装置であって、前記被検物の表面形状を計測する計測装置と、前記計測装置で計測した前記表面形状に基づいて、前記被検物の像を撮像する顕微鏡と、を備えることを特徴とする。
本発明のその他の側面については、以下で説明する実施の形態で明らかにする。
【発明の効果】
【０００９】
ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる画像取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】画像取得システム１００の図である。
【図２】被検物３０の図である。
【図３】対物レンズ４０の図である。
【図４】撮像ユニット５０の図である。
【図５】計測装置２の図である。
【図６】被検物３０における透過光Ｔ及び反射光Ｒを説明する図である。
【図７】被検物３０の存在領域Ｅを説明する図である。
【図８】シャックハルトマン波面センサ９０２の図である。
【図９】検出器アレイ９２２の図である。
【図１０】計測装置２の変形例（２ａ）の図である。
【図１１】合焦曲面の模式図である。
【図１２】Ｙｉ軸に沿って並ぶ撮像素子５０１ａ〜５０１ｄを説明するための図である。
【図１３】撮像素子の駆動のさせ方を説明するための図である。
【図１４】撮像ユニット５０の変形例（５０ａ）の図である。
【図１５】画像取得装置の動作のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の好ましい実施形態を添付の図面に基づいて詳細に説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明は省略する。
図１は、画像取得システム１００の図である。図１に基づいて、本実施形態の画像取得システム１００について説明する。画像取得システム１００は、被検物（スライド）の画像を取得し、その画像を表示するためのシステムである。
【００１２】
画像取得システム１００は、スライド３０の像を撮像する顕微鏡１と、スライド３０の予備計測を行う計測装置２と、顕微鏡１および計測装置２を制御しデジタル画像を作成する制御装置３と、デジタル画像を表示する表示装置４を備える。画像取得システム１００は、計測装置２でスライド３０の予備計測を行ってから、顕微鏡でスライド３０の像を撮像する。なお、顕微鏡１と計測装置２と制御装置３は、スライドのデジタル画像を取得する画像取得装置を構成している。
【００１３】
まず、顕微鏡１について説明する。
顕微鏡１は、スライド３０を照明する照明ユニット１０と、スライド３０の像を結像する対物レンズ４０と、スライド３０の像を撮像する撮像ユニット５０と、撮像ユニット５０を保持する撮像ユニットステージ６０を有する。スライドステージ２０は、スライド３０を保持し移動する部材である。
【００１４】
照明ユニット１０は、光源部と、光源部からの光をスライド３０へ導く光学系とを含む。光源部の光源としては、白色光源またはＲＧＢの各波長の光が切り替え可能な光源などを用いることができる。なお、本実施形態では、ＲＧＢを切り替え可能なＬＥＤ光源を用いている。光学系は、光源部からの発散光を平行光にするコリメータと、平行光を導光し且つスライド３０をケーラー照明するためのケーラー照明系を持つ。光学系は、光学フィルタを持っていても良い。照明ユニット１０は、スライド３０を通常照明および輪帯照明の切り替えができるように構成されていることが好ましい。
【００１５】
スライドステージ２０は、スライド３０を保持する保持部（不図示）と、保持部をＸＹ方向に移動するＸＹステージ２２と、保持部をＺ方向に移動するＺステージ２４を含む。ここで、Ｚ方向は、対物レンズ４０の光軸方向に相当し、ＸＹ方向は、その光軸に垂直な方向に相当する。ＸＹステージ２２およびＺステージ２４には、照明ユニット１０からの光を通過させるための開口が設けられている。なお、スライドステージ２０は、顕微鏡１と計測装置２との間を往来可能に構成されている。
【００１６】
図２は、被検物３０の図である。被検物の一例であるスライド（プレパラート）３０は、図２に示したように、カバーガラス３０１と試料３０２とスライドガラス３０３を含む。スライドガラス３０３上に配置された試料３０２（組織切片等の生体サンプルなど）は、カバーガラス３０１および接着剤（不図示）で密封されている。スライドガラス３０３上には、例えばスライドガラスの識別番号およびカバーガラスの厚さなどスライド３０（試料３０２）を管理するのに必要な情報が記録されたラベル（バーコード）３３３が貼付されていてもよい。なお、本実施形態では、画像取得の対象となる被検物としてスライド３０を例示したが、それ以外の物を被検物としても良い。
【００１７】
図３は、対物レンズ４０の図である。対物レンズ４０は、スライド３０の像を所定の倍率で拡大しつつ撮像ユニット５０の撮像面上に結像するための結像光学系である。具体的には、図３に示したように、対物レンズ４０は、レンズおよびミラーを含み、物体面Ａ上の物体の像を像面Ｂ上に結像する。本実施形態において、対物レンズ４０はスライド３０と撮像ユニット５０の撮像面とが光学的に共役となるように配置されており、物体がスライド３０に相当し、像面Ｂが撮像ユニット５０の撮像面に相当する。対物レンズ４０の物体面側の開口数ＮＡは０．７以上が好ましい。また、対物レンズ４０は、物体面上の少なくとも１０ｍｍ×１０ｍｍの領域を一度に良好に結像することができるように構成されていることが好ましい。
【００１８】
図４（ａ）は、撮像ユニット５０の上面図である。撮像ユニット５０は、図４（ａ）に示したように、対物レンズ４０の視野Ｆ内に２次元的に配列している（タイリングされている）複数の撮像素子５０１からなる撮像素子群５５５を含み、一度に複数の画像を撮像する構成となっている。撮像素子としては、ＣＣＤやＣＭＯＳ等を用いることができる。撮像ユニット５０に搭載される撮像素子の数は、対物レンズ４０の視野の面積に応じて適宜決定される。撮像素子の配置も、対物レンズ４０の視野の形状や撮像素子の形状・構成などによって適宜決定される。本実施形態では、説明を分かり易くするために、撮像素子群５５５としてＸ−Ｙ方向に５×４個のＣＭＯＳが並んでいるものを用いる。一般的な撮像ユニット５０では、撮像素子５０１の撮像面の周囲に基板面が存在するため、撮像素子５０１どうしを隙間なく隣接して配置することは不可能である。そのため、撮像ユニット５０での１回の撮影で得られる画像は、撮像素子５０１どうしの隙間に対応する部分が抜け落ちたものとなってしまう。そこで本実施形態の画像取得装置では、この撮像素子５０１どうしの隙間を埋めるため、スライドステージ２０を移動してスライド３０と撮像素子群５５５との相対位置を変更しながら撮像を複数回行うことで、抜けのない試料３０２の画像を取得する構成としている。この動作を高速に行うことにより、撮像に要する時間を短縮しつつ、広い領域の撮像を行うことができる。なお、撮像ユニット５０は、撮像ユニットステージ６０上に配置されているので、スライドステージ２０を移動する代わりに、撮像ユニットステージ６０を移動してもよい。さらに、撮像ユニット５０は、複数の駆動部を含む駆動機構を有する。複数の駆動部の夫々は、複数の撮像素子５０１の夫々の撮像面を駆動する。その具体例を図４（ｂ）に基づいて説明する。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＢ−Ｂ断面矢視図である。図４（ｂ）に示したように、撮像素子５０１には、基板５０２、電気回路５０３、保持部材５０４、接続部材５０５、駆動部材（シリンダ）５０６が設けられている。また、駆動部材５０６は定盤５６０上に設けられている。なお、接続部材５０５と駆動部材５０６は、駆動部を構成する。接続部材５０５および駆動部材５０６は、撮像素子５０１毎に３つずつ設けられている（図４（ｂ）では、そのうちの手前の２つのみを図示している）。接続部材５０５は、保持部材５０４に固定されており、駆動部材５０６との接続部を中心として回転可能に構成されている。したがって、駆動部は、撮像素子５０１の撮像面のＺ方向の位置を変更できるとともに、その撮像面の傾きを変更できるように構成されている。
【００１９】
撮像ユニットステージ６０は、ＸＹＺ方向の夫々に移動可能に構成されており、撮像素子群５５５の位置を調整できる。また、撮像ユニットステージ６０は、ＸＹＺ軸の夫々に関して回転可能に構成されており、撮像素子群５５５の傾きや回転を調整できる。
【００２０】
次に、計測装置２について説明する。
計測装置２は、図１に示したように、スライド３０を照明する照明部７０と、スライド３０上の試料の存在する領域（存在領域）を計測する存在領域計測部８０と、スライド３０の表面形状を計測する表面形状計測部９０を有する。
【００２１】
図５は、計測装置２の図である。照明部７０は、図５に示したように、光源７０１、集光レンズ７０２、ピンホール板７０３、コリメータレンズ７０４、絞り７１０、偏光ビームスプリッタ７０５、λ／４板７０６、絞り７１１を含む。光源７０１からの光は集光レンズ７０２でピンホール板７０３のピンホール上に集光される。ピンホールからの光（球面波）はコリメータレンズ７０４で平行光（平面波）に整形される。その平行光は、絞り７１０を介して偏光ビームスプリッタ７０５で反射され、λ／４板７０６および絞り７１１を介してスライド３０に入射する。なお、光源としては、ＬＥＤ光源または半導体レーザなどを使用することができる。また、ピンホール板７０３は、理想球面波とみなすことができる球面波が射出するように構成されている。照明部７０からの平行光は、少なくともカバーガラス３０１全域を照明するように構成されている。
【００２２】
図６は、被検物３０における透過光Ｔ及び反射光Ｒを説明する図である。図６に示したように、スライド３０のカバーガラス３０１に平面波として入射した入射光Ｉは、スライド３０を透過した透過光Ｔとカバーガラス３０１の表面で反射された反射光Ｒとに分割される。ここで、反射光Ｒは、カバーガラス３０１の表面のうねりに対応して、その波面Ｗが歪んでいる。本実施形態では、透過光Ｔは存在領域計測部８０へ入射し、反射光Ｒは絞り７１１およびλ／４板７０６を介して偏光ビームスプリッタ７０５を透過し表面形状計測部９０へ入射する。
【００２３】
図５に示したように、存在領域計測部８０は、フィルタ８０１と、カメラ８０３を含む。フィルタ８０１は、ＮＤフィルタであり、カメラ８０３に入射する光の光量を調節する。カメラ８０３は、例えばＣＣＤカメラであり、少なくともカバーガラス３０１全域を撮像するように構成されている。なお、光源７０１としてレーザを使うことでスペックルが発生する場合があるので、その場合にはランダム位相板８０２を透過光Ｔの光路中に配置して、駆動機構（不図示）で駆動（例えば、回転）すると良い。カメラ８０３に入射する光のうち、試料３０２を透過した光の光量は、試料３０２を透過しなかった光の光量に比べて少ない。したがって、スライド３０における試料３０２の存在領域は、カバーガラス３０１および試料３０２およびスライドガラス３０３を透過した光と、カバーガラス３０１およびスライドガラス３０３を透過した光とのコントラスト差を利用して求めることができる。例えば、カメラ８０３で撮像された画像情報は制御装置３に入力され、制御装置３では輝度が所定の閾値Ｌ以下である領域を試料３０２の存在領域として認識するという演算を行う。図７は、被検物３０の存在領域Ｅを説明する図である。図７に示したように、存在領域Ｅを矩形で定義する場合には、座標値Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の値を演算により求めることで、試料３０２の存在領域Ｅを決定することができる。
【００２４】
図５に示したように、表面形状計測部９０は、変倍光学系９０１と、入射光の波面を測定する波面センサ９０２を有する。変倍光学系９０１は、スライド３０と波面センサ９０２とが光学的に共役になり、結像倍率が可変となるように構成されている。本実施形態では、波面センサ９０２としてシャックハルトマン波面センサを用いているが、シャックハルトマン波面センサの代わりに干渉計（例えば、シアリング干渉計など）を用いて反射光Ｒの波面を検出してもよい。カバーガラス３０１の表面形状の計測にカバーガラス３０１の表面を一度に検出できる波面センサを用いることで、カバーガラス３０１の表面形状を高速かつ正確に計測できる。また、表面形状計測部９０では、カバーガラス３０１の表面からの反射光Ｒを用いてカバーガラス３０１の表面形状を計測しているので、透過光Ｔを用いて計測した場合に比べて試料３０２やスライドガラス３０３の影響を計測結果が受け難い。したがって、図５に示すように配置した表面形状計測部９０によれば、カバーガラス３０１の表面形状をより正確に計測することが可能となる。
【００２５】
図８は、シャックハルトマン波面センサ９０２の図である。シャックハルトマン波面センサ９０２は、図８に示すように、複数のレンズが２次元的に配列しているレンズアレイ９１２と、複数の検出器が２次元的に配列している検出器アレイ９２２を有する。レンズアレイ９１２のレンズは、入射光（反射光Ｒ）を波面分割し、かつ、その波面分割された光を検出器アレイ９２２の検出器上に集光する。シャックハルトマン波面センサ９０２を用いた表面形状の計測法を図８に加えて図９を用いて説明する。なお、図９は、シャックハルトマン波面センサ９０２の検出器アレイ９２２の図であり、白丸○は検出器の中心、黒丸●は集光位置を表す。図８（ａ）に示したように、入射光の波面Ｗが平面の場合には、波面分割された光は検出器の中心（レンズの光軸上）に集光される（図９（ａ））。しかし、図８（ｂ）に示したように、入射光の波面Ｗが歪んでいる場合には、波面分割された光の傾きに応じて、検出器の中心から外れた場所に入射光の集光位置がズレる（図９（ｂ））。制御装置３は、この集光位置のズレ量の測定値に基づいて入射光の波面形状を算出し、算出された波面形状からカバーガラス３０１の表面形状を求める。
【００２６】
なお、本実施形態では、透過光Ｔを存在領域計測部８０で用い、反射光Ｒを表面形状計測部９０で用いる構成とした。しかし、図１０に示したように、存在領域計測部８０と表面形状計測部９０の場所を入れ替えて、反射光Ｒを存在領域計測部８０で用い、透過光Ｔを表面形状計測部９０で用いる構成としてもよい。この構成は、カバーガラス３０１の表面形状のうねりによる波面のうねりのほうが、試料３０２およびスライドガラス３０３による波面のうねりよりもある程度大きい場合に有効である。また、この構成は、スライド３０を透過する透過光Ｔの光量のほうがスライド３０で反射する反射光Ｒの光量よりも一般的に大きいため、波面センサ９０２の感度が低い場合に有効である。なお、図１０は、計測装置２の変形例（２ａ）の図である。
【００２７】
計測装置２および計測装置２ａでは、透過光Ｔおよび反射光Ｒのうち一方の光を存在領域計測部８０で用い、他方の光を表面形状計測部９０で用いており、存在領域計測装置と表面形状計測装置の間で照明部を共有している。そのため、装置をコンパクトにすることができ、存在領域と表面形状とを同時に計測できるので計測時間を短くすることができる。 次に、制御装置３について説明する。
【００２８】
制御装置３は、ＣＰＵ、メモリ、ハードディスクなどを含むコンピュータによって構成される。制御装置３は、顕微鏡１を制御して撮像を行うとともに、顕微鏡１で撮像したスライド３０の像のデータを処理することで、デジタル画像を作成する。具体的には、制御装置３は、スライドステージ２０をＸＹ方向に移動しながら複数回撮像した画像どうしの位置合わせを行い、それらの画像を接続し、隙間の無い試料３０２の画像を作成する。また、本実施形態の画像取得装置では光源部からのＲＧＢの夫々の色ごとに試料３０２の像の撮像を行っているため、制御装置３でそれらの像のデータを合成することで試料３０２のカラー画像を作成する。
【００２９】
また、制御装置３は、計測装置２でスライド３０を予備計測した計測結果に基づいて顕微鏡１がスライド３０の像を撮像するように、顕微鏡１および計測装置２を制御する。具体的には、制御装置３は、計測装置２を用いて求めた試料３０２の存在領域に基づいて、顕微鏡１で撮像する撮像領域を決定し、顕微鏡１でその撮像領域のみを撮像する。これにより、病理診断などに必要な領域のみを撮像することができ、スライド３０のデジタル画像データの容量を小さくすることができ、デジタル画像データのハンドリングが容易になる。なお、通常は、存在領域と等しくなるように撮像領域を決定する。
【００３０】
さらに、制御装置３は、計測装置２を用いて求めたカバーガラスの表面形状３０１および対物レンズ４０の倍率に基づいて、試料３０２の像の合焦面（合焦曲面）を算出する。図１１は、算出した合焦面の模式図である。カバーガラスの表面がうねっていた場合、試料３０２の合焦面もうねっており曲面になっている。このような場合に、撮像素子群５５５の撮像面を同一平面上に並べた状態で試料３０２の像を撮像すると、一部の撮像面が、合焦面（合焦位置）から離れてしまい、対物レンズ４０の焦点深度内に収まらなくなる。その結果、その一部の撮像面上に投影される試料３０２の像がボケてしまい、ボケた部分が存在するデジタル画像を画像取得装置で取得してしまう。
【００３１】
そこで、本実施形態の画像取得装置では、計測装置２で計測した表面形状に基づいて、撮像素子群５５５のうち合焦面と撮像面が離れている撮像素子を駆動機構で駆動し、その撮像素子の撮像面を合焦面に近づけている。ここで、「駆動」とは、位置および／または傾きを変更することである。その状態で、試料３０２の画像を取得することで、本実施形態の画像取得装置によれば、ボケの少ない良好なデジタル画像を取得することができる。
【００３２】
以下、図１２および図１３に基づいて、より具体的に説明する。図１２は、Ｙｉ軸に沿って並ぶ撮像素子を説明するための図であり、図１３は、撮像素子の駆動のさせ方を説明するための図である。
【００３３】
図１２（ａ）に示したように、試料３０２の像の合焦曲面は、Ｙｉ軸およびＺｉ軸を含む断面上で曲線になっている。また、図１２（ｂ）に示したように、Ｙｉ軸に沿って４つの撮像素子５０１ａ〜５０１ｄが並んでいる。ここで、撮像素子群５５５の撮像面をＹｉ軸上に並べた場合には、撮像素子５０１ｂの撮像面が合焦曲線とΔＺだけ離れてしまう。ΔＺが大きく、焦点深度を超えていた場合には、その部分の画像がボケてしまう。そこで、図１３（ａ）および図１３（ｂ）に示したように、撮像素子５０１ａ〜５０１ｄの撮像面が合焦曲線にほぼ沿うように、撮像素子５０１ａ〜５０１ｄのうち３つの撮像素子５０１ａ、５０１ｂ、５０１ｄを駆動し、その位置および／または傾きを変更する。例えば、図１３（ｂ）に示したように、撮像素子５０１ａ、５０１ｄは、Ｚ方向の位置およびＺ方向に対する傾きが変更されており、撮像素子５０１ｂは、Ｚ方向の位置のみが変更されている。なお、撮像素子５０１ｃのように、撮像面が焦点深度内に初めから入っている場合には、撮像素子５０１ｃを駆動機構で駆動する必要はない。図１３（ａ）の合焦曲線上の実線は、撮像素子５０１ａ〜５０１ｄの撮像面を表している（図１３（ｃ）も同様）。
【００３４】
このような撮像面の駆動を撮像素子群５５５の他の１６つの撮像素子でも同様に行うことで、撮像素子群５５５の撮像面のすべてが試料３０２の像の合焦曲面にほぼ沿うようになり、撮像素子群５５５の撮像面のすべてが焦点深度内に入ることになる。この状態で試料３０２の像を撮像することで、ピントの合ったボケのない良好なデジタル画像を画像取得装置で取得することが可能となる。
【００３５】
ところで、撮像素子５０１どうしの隙間を埋めるためにスライドステージ２０（または撮像ユニットステージ６０）をＸＹ方向へ移動し、試料３０２の撮像を再度行う際、その移動に応じて撮像素子５０１ａ〜５０１ｄの撮像面が合焦曲線から離れてしまう。そこで、図１３（ｃ）および図１３（ｄ）に示したように、駆動機構は、スライドステージ２０（または撮像ユニットステージ６０）のＸＹ方向への移動に応じて、撮像素子５０１の撮像面が試料３０２の像の合焦面に近づくように撮像素子５０１を再度駆動する。
【００３６】
なお、焦点深度があまり浅くない場合には、撮像素子の位置および傾きを変更できるように駆動機構を構成する必要はなく、撮像素子の位置のみ変更できるように図１４に示したように駆動機構を構成しても良い。図１４は、撮像ユニット５０の変形例（５０ａ）の図である。さらに、前述したように予め撮像領域を決定しているので、撮像素子群５５５のうち撮像領域内に存在する撮像素子だけを駆動すれば良い。
【００３７】
表示装置４は、例えば液晶ディスプレイであり、画像取得装置１００の動作に必要な操作画面の表示、または、制御装置３で作成された試料３０２のデジタル画像の表示等に用いられる。
【００３８】
次に、本実施形態の画像取得装置の動作を図１５のフローチャートに基づいて説明する。
まず、スライド３０がスライドカセットから取り出され、スライドステージ２０上に配置される。スライド３０を保持したスライドステージ２０は、計測装置２に移動する（Ｓ１０）。計測装置２は、スライド３０中の試料３０２が存在する存在領域（撮像領域）とスライド３０の表面形状とを同時に計測する（Ｓ２０）。それらの計測結果は、制御装置３の記憶部に記憶される。次に、スライドステージ２０は、計測装置２から顕微鏡１に移動する（Ｓ３０）。
【００３９】
制御装置３の記憶部に記憶された表面形状と対物レンズ４０の倍率とに基づいて、試料３０２の合焦曲面が算出される。撮像ユニット５０の駆動機構は、算出された合焦曲面に撮像素子５０１の撮像面が沿うように、撮像素子５０１の撮像面を駆動する（Ｓ４０）。図１５では、ステップ３０におけるスライドステージ２０の移動後に、ステップ４０において撮像素子５０１を駆動しているように記載したが、それらは同時に実行されてもよいし、逆の順序で実行されてもよい。
【００４０】
撮像素子５０１の撮像面が合焦曲面に沿うように配置された状態で、撮像素子群５５５は、試料３０２の像を取得する（Ｓ５０〜Ｓ７０）。具体的には、まず、照明ユニット１０からのＲ光（赤色光）でスライド３０を照明している間に、撮像素子群５５５は、試料３０２のＲ画像（赤色画像）を取得する（Ｓ５０）。次に、照明ユニット１０から出射する光をＧ光（緑色光）に切り替え、Ｇ光でスライド３０を照明している間に、撮像素子群５５５は、試料３０２のＧ画像（緑色画像）を取得する（Ｓ６０）。最後に、照明ユニット１０から出射する光をＢ光（青色光）に切り替え、Ｂ光でスライド３０を照明している間に、撮像素子群５５５は、試料３０２のＢ画像（青色画像）を取得する（Ｓ６０）。なお、対物レンズ４０の色収差の影響またはカバーガラス３０１の形状もしくは厚さの影響で、ＲＧＢの夫々の光による試料３０２の合焦曲面が互いに異なる場合がある。その場合には、夫々の光による合焦曲面を、制御装置３の記憶部に記憶された表面形状に基づいて、予め計算してもよい。撮像面が焦点深度外になってしまうのであれば、Ｇ画像を取得する前および／またはＢ画像を取得する前にも、その撮像面が合焦曲面に近づき焦点深度内に収まるように、撮像素子５０１の位置または姿勢を駆動機構で変更してもよい。その際、撮像素子５０１の位置または姿勢を撮像ユニットステージ６０で変更してもよい。
【００４１】
タイリングされている複数の撮像素子５０１間の隙間における試料３０２の像を取得しておらず、全ての撮像領域の撮像が終了していない場合には、スライドステージ２０をＸＹ方向に移動して、スライド３０と撮像ユニット５０との相対位置を変更する（Ｓ８０）。そして、撮像面５０１の駆動（Ｓ４０）と画像の取得（Ｓ５０〜Ｓ７０）を再び実行することで、複数の撮像素子５０１間の隙間における試料３０２の像を取得する。なお、本実施形態では、スライドステージ２０を移動することで、スライド３０と撮像ユニット５０との相対位置を変更しているが、代わりに撮像ユニットステージ６０を移動してもよいし、スライドステージ２０および撮像ユニットステージ６０を移動してもよい。このスライドステージ２０のＸＹ方向への移動（Ｓ８０）と撮像面５０１の駆動（Ｓ４０）と画像の取得（Ｓ５０〜Ｓ７０）とを複数回（例えば３回）繰り返すことで、全ての撮像領域の撮像が終了する。
【００４２】
本実施形態の画像取得システムによれば、スライドの表面形状を計測装置で予備計測し、その計測結果に基づいて顕微鏡でスライドの像を撮像しているので、ボケの少ない良好なデジタル画像を取得し、表示することができる。
【００４３】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【００４４】
例えば、以上の実施形態では撮像素子毎に駆動機構を設けていたが、対物レンズ４０の焦点深度があまり浅くない場合またはカバーガラスのうねりが小さい場合には、個々の撮像素子に駆動機構を設けなくてもよい。その場合には、撮像ユニットステージ６０で撮像素子群５５５のＺ方向の位置または傾きを一度に調整してもよいし、対物レンズ４０の光路中に収差を変更するための光学素子を設けてその光学素子を駆動することとしてもよい。
【００４５】
また、本実施形態では、存在領域計測部８０と表面形状計測部９０を同じ計測装置２（２ａ）に設けていたが、存在領域計測部と表面形状計測部の夫々を別々の計測装置に設け、それらの計測装置間をスライドステージ２０で移動するように構成しても良い。
【００４６】
本明細書または図面に説明した技術要素は、単独であるいは各種の組合せによって技術的有用性を発揮するものであり、出願時の請求項に記載の組合せに限定されるものではない。また、本明細書または図面に例示した技術は複数目的を同時に達成するものであり、そのうちの一つの目的を達成すること自体で技術的有用性を持つものである。
【符号の説明】
【００４７】
１ 顕微鏡
２ 計測装置
１０ 照明ユニット
３０ スライド
４０ 対物レンズ
５０ 撮像ユニット
７０ 照明部
８０ 存在領域計測部
９０ 表面形状計測部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物の画像を取得する画像取得装置であって、
前記被検物の表面形状を計測する計測装置と、
前記計測装置で計測した前記表面形状に基づいて、前記被検物の像を撮像する顕微鏡と、を備える
ことを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記計測装置は、前記被検物の試料が存在する存在領域を計測し、
前記顕微鏡は、前記計測装置で計測した前記表面形状および前記存在領域に基づいて、前記被検物の像を撮像する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記計測装置は、
前記被検物で反射した光を用いて前記表面形状を計測する表面形状計測部と、
前記被検物を透過した光を用いて前記存在領域を計測する存在領域計測部と、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記計測装置は、
前記被検物を光で照明する照明部と、
前記被検物を透過した前記光および前記被検物で反射した前記光のうち一方の光を用いて前記表面形状を計測する表面形状計測部と、
前記被検物を透過した前記光および前記被検物で反射した前記光のうち他方の光を用いて前記存在領域を計測する存在領域計測部と、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記表面形状計測部は、入射光の波面を測定する波面センサを含む
ことを特徴とする請求項３または４に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記波面センサは、
複数のレンズが２次元的に配列しているレンズアレイと、
複数の検出器が２次元的に配列している検出器アレイと、を含み、
前記複数のレンズの夫々は、入射光を波面分割し、かつ、該波面分割された光を前記複数の検出器の夫々の上に集光し、
前記複数の検出器の夫々は、前記波面分割された光の集光位置を検出する
ことを特徴とする請求項５に記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記存在領域計測部は、前記被検物の像を撮像する撮像素子を含む
ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像取得装置と、
前記画像取得装置で取得された前記被検物の画像を表示する表示装置と、を備える
ことを特徴とする画像取得システム。
【請求項１】
被検物の画像を取得する画像取得装置であって、
前記被検物の表面形状を計測する計測装置と、
前記計測装置で計測した前記表面形状に基づいて、前記被検物の像を撮像する顕微鏡と、を備える
ことを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記計測装置は、前記被検物の試料が存在する存在領域を計測し、
前記顕微鏡は、前記計測装置で計測した前記表面形状および前記存在領域に基づいて、前記被検物の像を撮像する
ことを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記計測装置は、
前記被検物で反射した光を用いて前記表面形状を計測する表面形状計測部と、
前記被検物を透過した光を用いて前記存在領域を計測する存在領域計測部と、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記計測装置は、
前記被検物を光で照明する照明部と、
前記被検物を透過した前記光および前記被検物で反射した前記光のうち一方の光を用いて前記表面形状を計測する表面形状計測部と、
前記被検物を透過した前記光および前記被検物で反射した前記光のうち他方の光を用いて前記存在領域を計測する存在領域計測部と、を有する
ことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記表面形状計測部は、入射光の波面を測定する波面センサを含む
ことを特徴とする請求項３または４に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記波面センサは、
複数のレンズが２次元的に配列しているレンズアレイと、
複数の検出器が２次元的に配列している検出器アレイと、を含み、
前記複数のレンズの夫々は、入射光を波面分割し、かつ、該波面分割された光を前記複数の検出器の夫々の上に集光し、
前記複数の検出器の夫々は、前記波面分割された光の集光位置を検出する
ことを特徴とする請求項５に記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記存在領域計測部は、前記被検物の像を撮像する撮像素子を含む
ことを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像取得装置と、
前記画像取得装置で取得された前記被検物の画像を表示する表示装置と、を備える
ことを特徴とする画像取得システム。
【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】
【公開番号】特開２０１２−９８３５１（Ｐ２０１２−９８３５１Ａ）
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２４３８０３（Ｐ２０１０−２４３８０３）
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年５月２４日（２０１２．５．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１０月２９日（２０１０．１０．２９）
【出願人】（０００００１００７）キヤノン株式会社 (59,756)
【Ｆターム（参考）】
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