顕微鏡装置
【課題】より迅速に、よりサンプルにピントが合った画像を取得することができる。
【解決手段】撮像素子１１０は第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する。ＡＦ素子１１１は第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力する。光学系１０９は、第１の領域の一部である第２の領域の像を第１の面に結像させ、第２の領域の中にあり第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を第２の面に入射する。合焦点検出部１１２は第２の領域の合焦点を算出する。制御部１１４は、合焦点に基づいて第２の領域を合焦位置に合わせ、第２の領域が第１の領域上を第１の方向に走査するように光学系１０９とステージ１０２との相対位置を変化させながら、撮像素子１１０が複数の画像信号を出力するよう制御する。画像信号生成部１１５は、複数の画像信号に基づいて画像を作成する。
【解決手段】撮像素子１１０は第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する。ＡＦ素子１１１は第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力する。光学系１０９は、第１の領域の一部である第２の領域の像を第１の面に結像させ、第２の領域の中にあり第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を第２の面に入射する。合焦点検出部１１２は第２の領域の合焦点を算出する。制御部１１４は、合焦点に基づいて第２の領域を合焦位置に合わせ、第２の領域が第１の領域上を第１の方向に走査するように光学系１０９とステージ１０２との相対位置を変化させながら、撮像素子１１０が複数の画像信号を出力するよう制御する。画像信号生成部１１５は、複数の画像信号に基づいて画像を作成する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡等の光学機器では、生物標本等のサンプルからの光を受光素子へ照射し、その受光素子から出力される信号からサンプルのコントラスト値を検出し、その検出したコントラスト値に基づいてサンプルの合焦点を決定するコントラストＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ、オートフォーカス）制御が用いられている。例えば、コントラストＡＦの方式の一つとして、光軸方向に沿うレンズを移動させながら、撮像素子で取得した画像信号のコントラスト値をコントラスト検出器で検出し、そのコントラスト値が最大となる位置を合焦点と判定する山登りサーボ方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、コントラストＡＦの方式として、予定合焦点に対して前後２ヶ所に前ピンセンサと後ピンセンサとの受光素子を配置し、前ピンセンサと後ピンセンサとにおけるサンプルのコントラスト値の差分を検出し、検出したコントラスト値の差分が０となる位置を合焦点と判定する光路差方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、上述したコントラストＡＦ技術を用いて、観察対象であるサンプルを撮像し、広視野かつ高解像度のデジタル画像を取得する顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。図７は、従来知られている顕微鏡装置の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置７００は、ステージ７０２と、透過光源７０３と、コンデンサレンズ７０４と、対物レンズ７０５と、結像レンズ７０６と、撮像素子７０７と、合焦点検出部７０８と、制御部７０９とを備えている。
【０００５】
ステージ７０２は、サンプル７０１を載置するための台であり、制御部７０９の制御により、水平方向（図中の直交するＸ軸方向とＹ軸方向）と光軸方向（図中のＺ軸方向）とに移動する。透過光源７０３は光を発する。コンデンサレンズ７０４は、透過光源７０３が発した光を集光してサンプル７０１に照射する。これにより、ステージ７０２に設置されているサンプル７０１には、透過光源７０３からの光がコンデンサレンズ７０４を通して照射される。
【０００６】
対物レンズ７０５は、サンプル７０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ７０５はサンプル７０１からの光束を集光させる。結像レンズ７０６は、サンプル７０１からの光を撮像素子７０７の撮像面上に結像させる。これにより、サンプル７０１からの透過光は、対物レンズ７０５と結像レンズ７０６を通して、撮像素子７０７に入射される。撮像素子７０７は、結像レンズ７０６により撮像面上に結像されたサンプル７０１の所定の領域の部分画像を撮像する。なお、撮像素子７０７が撮像した部分画像は、合焦点検出部７０８に入力される。
【０００７】
合焦点検出部７０８は、撮像素子７０７が撮像した部分画像の領域のうち、中央の領域におけるコントラスト値を検出し、コントラスト値が最も大きくなるときのサンプル７０１の位置（ステージ７０２の位置）をサンプル７０１の合焦点として算出する。そして、合焦点検出部７０８は、算出した合焦点に基づいて、サンプル７０１の位置が合焦点となる位置に移動するようにステージ７０２を光軸方向に移動させるための駆動信号を生成する。なお、合焦点検出部７０８は生成した駆動信号を制御部７０９に入力する。制御部７０９は、駆動信号に基づいてステージ７０２を光軸方向に移動させ、その後、撮像素子７０７に部分画像を撮像させる。撮像素子７０７が合焦した部分画像を撮像した後、次の部分画像を撮像するために、制御部７０９はステージ７０２を水平方向に移動させる。
【０００８】
顕微鏡装置７００は、上述した動作を繰り返し実行することで、コントラストＡＦ技術を用いてサンプル７０１の部分画像を撮像することができる。また、顕微鏡装置７００は、撮像した部分画像を貼り合わせることによって、サンプル７０１全体を高解像度に撮像したデジタル画像を取得することができる。
【０００９】
次に、顕微鏡装置７００が撮像するサンプル７０１の領域（以下、「撮像領域」という）と、合焦点検出部７０８がコントラスト値を検出するサンプル７０１の領域（以下、「ＡＦ領域」という）とについて説明する。図８は、従来知られている顕微鏡装置７００が撮像するサンプル７０１の撮像領域と、合焦点検出部７０８がコントラスト値を検出するサンプル７０１のＡＦ領域とを示した概略図である。図示する例では、サンプル７０１の焦点面８０１において、ＡＦ領域８０３が撮像領域８０２の中央領域に配置されている。
【００１０】
次に、顕微鏡装置７００がサンプル７０１の部分画像を複数枚撮像し、一枚の全体画像を生成する方法について説明する。図９は、従来知られている顕微鏡装置７００が撮像する部分画像と、サンプル７０１との関係を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置７００が撮像する９枚の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３の領域と、サンプル７０１とが示されている。また、９枚の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３の領域における各ＡＦ領域９０１が示されている。
【００１１】
まず初めに、顕微鏡装置７００は、撮像素子７０７の撮像領域に合わせて、観察対象のサンプル７０１が含まれる領域を、部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３の９つの小領域に分割する。次に、顕微鏡装置７００は、それぞれの小領域ごとにＡＦ制御を行いながら、各小領域の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３を順次撮像する。図示する例では、顕微鏡装置７００は、部分画像Ｘ１Ｙ１、部分画像Ｘ２Ｙ１、部分画像Ｘ３Ｙ１、部分画像Ｘ３Ｙ２、部分画像Ｘ２Ｙ２、部分画像Ｘ１Ｙ２、部分画像Ｘ１Ｙ３、部分画像Ｘ２Ｙ３、部分画像Ｘ３Ｙ３の順に撮像する。ここで、撮像素子がｎ番目の部分画像を撮像する動作を「第ｎショット目」とする。すなわち、撮像素子が部分画像Ｘ１Ｙ１を撮像する動作を第１ショット目と呼び、部分画像Ｘ２Ｙ１を撮像する動作を第２ショット目と呼ぶ。
【００１２】
続いて、顕微鏡装置７００は、９枚の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３を撮像した後、ソフトウェアによる画像貼り合わせ技術を用いることによって、サンプル７０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。
【００１３】
なお、図９に示した例では、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３以外の部分画像の領域では、ＡＦ領域９０１にサンプル７０１が存在する。そのため、顕微鏡装置７００は、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３以外の部分画像を撮像する際に、サンプル７０１のコントラスト値を検出することができるため、サンプル７０１の合焦点を算出することができる。しかし、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３の領域では、ＡＦ領域９０１にサンプル７０１が存在していない。そのため、顕微鏡装置７００は、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３を撮像する際に、サンプル７０１のコントラスト値を検出することができず、サンプル７０１の合焦点を算出することができない。従って、顕微鏡装置７００が、図９に示すようなサンプル７０１の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３を撮像し、１枚のデジタル画像を生成する場合、一部の部分画像においてサンプル７０１の合焦点を算出することができず、サンプル７０１全体の画像を生成することができない可能性がある。
【００１４】
この問題を解決する方法として、コントラストＡＦによりサンプル７０１の合焦点を算出することができない部分画像を撮像する際には、前回撮像した部分画像の合焦点を用いて撮像する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。例えば、図９に示した例では、サンプル７０１の合焦点を算出することができない部分画像Ｘ３Ｙ１を撮像する際には部分画像Ｘ２Ｙ１を撮像した際の合焦点を用い、部分画像Ｘ３Ｙ３を撮像する際には部分画像Ｘ２Ｙ３を撮像した際の合焦点を用いて撮像する。これは、サンプル７０１の高さ、すなわち合焦点は徐々に変化するものであり、隣接する部分画像における合焦点は急激に変化しないことを前提としている。
【００１５】
また、初めて部分画像を撮像する第１ショット目の部分画像を撮像する際においても、あらかじめ合焦点を算出する基準位置としてサンプル７０１の中央を設定し、第１ショット目の部分画像を撮像する前に、サンプル７０１の中央部のコントラスト値を算出することができるようにステージ７０２を移動させ、サンプル７０１の中央部における合焦点を算出する方法も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１７０４８１号公報
【特許文献２】特開平８−１６０２８４号公報
【特許文献３】特開２０１１−９５５００号公報
【特許文献４】特開平１１−２６４９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述した方法には、以下の２つの課題がある。１つ目は、基準位置の合焦点を算出するために、第１ショット目の撮像の前にステージをサンプルの中央部に移動させているので、部分画像を取得するのに時間を要する点である。２つ目は、サンプルの高さは徐々に変化するために、隣接画像との合焦点にほとんど差異は無くても、サンプルの中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らない点である。従って、第１ショット目において、ＡＦ領域にサンプルが存在しない場合、サンプルの中央部における合焦点情報を用いたとしても第１ショット目における実際の合焦点と異なるために、ピントが合っていない第１ショット目の撮影画像を取得する可能性がある。
【００１８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、より迅速に、よりサンプルにピントが合った画像を取得することができる顕微鏡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】
【００１９】
本発明は、第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する撮像素子と、第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力するＡＦ素子と、サンプル全体を含む第１の領域の一部である第２の領域の像を前記第１の面に結像させ、前記第２の領域の中にあり前記第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を前記第２の面に入射する光学系と、前記サンプルが設置されるステージと、前記コントラスト信号に基づいて前記第２の領域の合焦点を算出する合焦点検出部と、前記合焦点検出部が算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせ、前記第２の領域が前記第１の領域上を前記第１の方向に走査するように前記光学系と前記ステージとの相対位置を変化させながら、前記撮像素子が複数の前記画像信号を出力するよう制御する制御部と、複数の前記画像信号に基づいて前記サンプルの画像を作成する画像信号生成部と、を備えることを特徴とする顕微鏡装置である。
【００２０】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記第３の領域は、前記第２の領域の中心からさらに第２の方向にずれた位置に設定され、前記制御部は、前記第２の領域が前記第１の領域上をさらに前記第２の方向に走査するように前記光学系と前記ステージの相対位置を変化させ、前記第１の方向と前記第２の方向は垂直であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記制御部は、前記合焦点検出部が前記合焦点を算出できない場合、前記合焦点検出部が前回算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記第２の面は前記第１の面と同一であり、前記第３の領域は少なくとも前記第２の領域の一部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、撮像素子は第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する。また、ＡＦ素子は、第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力する。また、光学系は、サンプル全体を含む第１の領域の一部である第２の領域の像を第１の面に結像させ、第２の領域の中にあり第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を第２の面に入射する。また、ステージはサンプルが設置される。また、合焦点検出部は、コントラスト信号に基づいて第２の領域の合焦点を算出する。また、制御部は、合焦点検出部が算出した合焦点に基づいて第２の領域を合焦位置に合わせ、第２の領域が第１の領域上を第１の方向に走査するように光学系とステージとの相対位置を変化させながら、撮像素子が複数の画像信号を出力するよう制御する。また、画像信号生成部は、複数の画像信号に基づいてサンプルの画像を作成する。
【００２４】
この構成により、第３の領域は第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定されているため、ＡＦ素子が出力するコントラスト値はサンプルのコントラスト値である確率が高い。従って、より迅速に、よりサンプルにピントが合った画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置が撮像する部分画像と、サンプルとの関係を示した概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置が撮像するサンプルの撮像領域とＡＦ素子がコントラスト値を検出するサンプルのＡＦ領域とを示した概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における顕微鏡装置が撮像するサンプルの撮像領域とＡＦ素子がコントラスト値を検出するサンプルのＡＦ領域とを示した概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における顕微鏡装置が撮像する部分画像と、サンプルと、ＡＦ領域との関係を示した概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態において、サンプルの部分画像を撮像する際におけるサンプルの焦点検出結果を示す。
【図７】従来知られている顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図８】従来知られている顕微鏡装置が撮像するサンプルの撮像領域と、合焦点検出部がコントラスト値を検出するサンプルのＡＦ領域とを示した概略図である。
【図９】従来知られている顕微鏡装置が撮像する部分画像と、サンプルとの関係を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における顕微鏡装置１００の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００は、ステージ１０２と、透過光源１０３と、コンデンサレンズ１０４と、光学系１０９と、撮像素子１１０と、ＡＦ素子１１１と、合焦点検出部１１２と、記憶部１１３と、制御部１１４と、画像信号生成部１１５とを備えている。また、光学系１０９は、対物レンズ１０５と、光路分割装置１０６と、第１の結像レンズ１０７と、第２の結像レンズ１０８とを備えている。
【００２７】
ステージ１０２は、サンプル１０１を載置するための台であり、制御部１１３の制御により、水平方向（図中の直交するＸ軸方向（第１の方向）とＹ軸方向（第２の方向））と光軸方向（図中のＺ軸方向）とに移動する。透過光源１０３は光を発する。コンデンサレンズ１０４は、透過光源１０３が発した光を集光してサンプル１０１に照射する。これにより、ステージ１０２に設置されているサンプル１０１には、透過光源１０３からの光がコンデンサレンズ１０４を通して照射される。
【００２８】
対物レンズ１０５は、サンプル１０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ１０５はサンプル１０１からの光束を集光させ、光路分割装置１０６に照射する。これにより、サンプル１０１の透過光は光路分割装置１０６に照射される。光路分割装置１０６はハーフミラーなどであり、照射されたサンプル１０１の透過光の一部を第２の結像レンズ１０８の方向に反射し、一部を第１の結像レンズ１０７の方向に透過する。
【００２９】
第１の結像レンズ１０７は、光路分割装置１０６が透過したサンプル１０１からの光を撮像素子１１０の撮像面（第１の面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１からの透過光の一部は、対物レンズ１０５と、光路分割装置１０６と、第１の結像レンズ１０７とを介して撮像素子１１０に入射される。撮像素子１１０は、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の所定の領域の部分画像を撮像する。なお、撮像素子１１０が撮像した部分画像（画像信号）は、画像信号生成部１１５に入力される。
【００３０】
第２の結像レンズ１０８は、光路分割装置１０６が反射したサンプル１０１からの光をＡＦ素子１１１の受光面（第２の面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１からの透過光の一部は、対物レンズ１０５と、光路分割装置１０６と、第２の結像レンズ１０８とを介してＡＦ素子１１１に入射される。ＡＦ素子１１１は、第２の結像レンズ１０８により受光面上に結像されたサンプル１０１の所定のＡＦ領域のコントラスト値（コントラスト信号）を検出する。なお、ＡＦ素子１１１が検出したコントラスト値は、合焦点検出部１１２に入力される。
【００３１】
合焦点検出部１１２は、山登りサーボ方式などを用い、ＡＦ素子１１１から入力されたコントラスト値を解析することによって、撮像素子１１０が部分画像を撮像する撮像領域におけるサンプル１０１の合焦点を算出する。具体的には、合焦点検出部１１２はＡＦ素子１１１から入力されるコントラスト値が最も大きくなるときのサンプル１０１の位置（ステージ１０２の位置）を合焦点と算出する。そして、合焦点検出部１１２は、算出した合焦点に基づいて、サンプル１０１の位置が合焦点となる位置に移動するようにステージ１０２を光軸方向に移動させるための駆動信号を生成する。なお、合焦点検出部１１２が生成したステージ１０２の駆動信号は、制御部１１４に入力される。
【００３２】
制御部１１４は、合焦点検出部１１２から入力された駆動信号に基づいて、ステージ１０２を光軸方向に移動させる。なお、制御部１１４は、光軸方向に移動させた後のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３に記憶させる。また制御部１１４は、図示しない水平駆動信号生成部から送信される水平信号に基づいて、ステージ１０２を水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に移動させる。
【００３３】
記憶部１１３は、制御部１１４から入力されたステージ１０２の位置情報をサンプル１０１の合焦点情報として記憶する。なお、記憶部１１３が記憶する合焦点情報は、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合に、合焦点検出部１１２により読み出される。例えば、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出するＡＦ領域にサンプル１０１が存在せず、コントラスト値が低いため合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合、合焦点検出部１１２は、記憶部１１３が記憶している合焦点情報を読み出す。そして、合焦点検出部１１２は、読み出した合焦点情報に基づいて駆動信号を生成する。これにより、ＡＦ領域にサンプル１０１が存在しない場合においても、サンプル１０１の位置が合焦点となる位置にステージ１０２を移動させることができる。
【００３４】
撮像素子１１０は、合焦動作が完了した後に、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の部分画像を撮像する。なお、撮像素子１１０は、撮像した部分画像を画像信号生成部１１５に入力する。画像信号生成部１１５は、撮像素子１１０が撮像した複数の部分画像を貼り合せることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。
【００３５】
次に、顕微鏡装置１００がサンプル１０１の部分画像を複数枚撮像し、一枚の全体画像を生成する方法について説明する。図２は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像する部分画像と、サンプル１０１との関係を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００が撮像する４枚の部分画像２０１〜２０４の領域と、サンプル１０１とが示されている。
【００３６】
まず初めに、顕微鏡装置１００は、撮像素子１１０の撮像領域に合わせて、観察対象のサンプル１０１が含まれる領域（第１の領域）を、部分画像２０１〜２０４の４つの小領域（第２の領域）に分割する。次に、顕微鏡装置１００は、それぞれの小領域ごとにＡＦ制御を行いながら、各小領域の部分画像２０１〜２０４を順次撮像する。図示する例では、顕微鏡装置１００は、部分画像２０１、部分画像２０２、部分画像２０３、部分画像２０４の順に撮像する。ここで、撮像素子がｎ番目の部分画像を撮像する動作を「第ｎショット目」とする。すなわち、撮像素子が部分画像２０１を撮像する動作を第１ショット目と呼び、部分画像２０２を撮像する動作を第２ショット目と呼ぶ。
【００３７】
具体的には、第１ショット目で部分画像２０１を撮像するために、制御部１１４は、部分画像２０１の領域が撮像素子１１０の撮像領域に入るようにステージ１０２をＸ方向およびＹ方向に移動させる。続いて、ＡＦ素子１１１は、部分画像２０１のＡＦ領域（第３の領域）のコントラスト値を検出する。続いて、合焦点検出部１１２は、ＡＦ素子１１１が検出したコントラスト値に基づいてサンプル１０１の合焦点を算出する。
【００３８】
続いて、制御部１１４は、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できた場合には、合焦点検出部１１２が生成した駆動信号を用いてステージ１０２を光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。また、制御部１１４は、光軸方向に移動させた後のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３に記憶させる。その後、撮像素子１１０は、上述した合焦動作が完了した後、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の部分画像２０１を撮像する。
【００３９】
一方、第１ショット目の動作において、部分画像２０１のＡＦ領域にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合には、サンプル１０１の位置が合焦点となる位置に移動するようにステージ１０２を光軸方向に移動させるための駆動信号を生成することができない。なお、第２ショット目以降であれば、前回部分画像を撮像した際のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３が記憶しているため、制御部１１４は、記憶部１１３が記憶している位置情報を用いて駆動信号を生成することができる。本実施形態では、第１ショット目の処理においてＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることで、サンプル１０１の各部分画像２０１〜２０４の撮影画像をピントの合った状態で鮮明に取得できる可能性を高くする。
【００４０】
なお、第１ショット目の部分画像２０１の撮像を行う際にステージ１０２が移動する方向は顕微鏡装置１００毎に予め決まっている。また、サンプル１０１の各部分画像２０１〜２０４の撮像順序（ステージ１０２が移動する順序）に関しても顕微鏡装置１００毎に予め決まっている。本実施形態における顕微鏡装置１００は、部分画像２０１、部分画像２０２、部分画像２０３、部分画像２０４の順に撮像する。また、一般的に、サンプル１０１は全体画像の中央領域に存在している。以上のことから、第１ショット目の撮像領域において、最もサンプル１０１が存在する確率が高い領域は、第１ショット目の撮像領域の中心部よりも第２ショット目の撮像領域に近い領域である。
【００４１】
すなわち、第１ショット目の撮像領域において、最もサンプル１０１が存在する確率が高い領域は、第１ショット目の撮像領域の中心部よりも、サンプル１０１の中央側である走査方向（Ｘ軸方向）側（ステージ１０２の進行方向とは逆側）に位置する領域である。従って、撮像領域の中心部よりも走査方向側に位置する領域にＡＦ領域を設けることによって、ＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができ、サンプル１０１の合焦点を算出することができる確率を高くすることができる。このように、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域である部分画像２０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域にＡＦ領域を設けることで、第１ショット目の処理においてＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができる。
【００４２】
また、第１ショット目の部分画像２０１を撮像する際にはＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率が高いため、従来のように第１ショット目の処理を行う前に、サンプル１０１の中心部分などの予め定められている位置のコントラスト値を測定し、合焦点を算出する必要がない。従って、迅速に第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。
【００４３】
また、従来のように、サンプル１０１の中央の合焦点を用いて第１ショット目の部分画像２０１を撮像した場合、第１ショット目の領域とサンプル１０１の中央部との距離が離れているため、サンプル１０１の中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らず、ピントが合っていない第１ショット目の部分画像２０１を撮像する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域においてサンプル１０１の合焦点を算出することができる確率が高いため、ピントが合った第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてサンプル１０１にピントが合った部分画像２０１を撮像することができる。
【００４４】
図３は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像するサンプル１０１の撮像領域と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出するサンプル１０１のＡＦ領域とを示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００の焦点面３０１と、撮像素子１１０が部分画像２０１〜２０４を撮像する領域である撮像領域３０２と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出する領域であるＡＦ領域３０３とが示されている。また、サンプル１０１の焦点面３０１において、ＡＦ領域３０３が撮像領域３０２の中央領域ではなく、サンプル１０１の中央側である走査方向（Ｘ軸方向）側（ステージ１０２の進行方向とは逆側）の領域に配置されている。
【００４５】
第１ショット目で部分画像２０１の撮像を完了した後、第２ショット目で部分画像２０２を撮像するために、制御部１１４は、部分画像２０２の領域が撮像素子１１０の撮像領域に入るようにステージ１０２をＸ方向と逆方向に移動させる。続いて、ＡＦ素子１１１は、部分画像２０２のＡＦ領域のコントラスト値を検出する。続いて、合焦点検出部１１２は、ＡＦ素子１１１が検出したコントラスト値に基づいてサンプル１０１の合焦点を算出する。なお、合焦点検出部１１２は、第２ショット目の動作において、部分画像２０２のＡＦ領域にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合には、部分画像２０１を撮像した際のステージ１０２の位置情報を合焦点情報として記憶部１１３が記憶しているため、記憶部１１３が記憶している合焦点情報を用いて駆動信号を生成する。
【００４６】
続いて、制御部１１４は、合焦点検出部１１２が生成した駆動信号を用いてステージ１０２を光軸方向（Ｚ軸方向）に駆動させる。また、制御部１１４は、光軸方向に移動させた後のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３に記憶させる。上述した合焦動作が完了した後、撮像素子１１０は、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の部分画像２０２を撮像する。なお、部分画像２０３，２０４の撮像も部分画像２０２の撮像と同様に行う。
【００４７】
撮像素子１１０が部分画像２０１〜２０４を撮像した後、画像信号生成部１１５は、撮像素子１１０が撮像した複数の部分画像を貼り合せることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。
【００４８】
上述した通り、本実施形態によれば、第１ショット目の撮像領域である部分画像２０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域にＡＦ領域を設ける、すなわち、撮像領域の中心部からステージ１０２の進行方向とは逆側に位置する領域にＡＦ領域３０３を設けることによって、第１ショット目の部分画像２０１を撮像する際にＡＦ領域３０３にサンプル１０１が存在する確率を高くする。これにより、第１ショット目のサンプル１０１のコントラスト値を算出できる確率を高くし、サンプル１０１の合焦点を算出することができるために、第１ショット目においてピントが合った部分画像２０１を撮像することができる。
【００４９】
また、第１ショット目の部分画像２０１を撮像する際にはＡＦ領域３０３にサンプル１０１が存在する確率が高いため、従来のように第１ショット目の処理を行う前に、サンプル１０１の中心部分などの予め定められている位置のコントラスト値を測定し、合焦点を算出する必要がない。従って、迅速に第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。
【００５０】
また、従来のように、サンプル１０１の中央の合焦点を用いて第１ショット目の部分画像２０１を撮像した場合、第１ショット目の領域とサンプル１０１の中央部との距離が離れているため、サンプル１０１の中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らず、ピントが合っていない第１ショット目の部分画像２０１を撮像する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域においてサンプル１０１の合焦点を算出することができる確率が高いため、ピントが合った第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてサンプル１０１にピントが合った部分画像２０１を撮像することができる。
【００５１】
これにより、顕微鏡装置１００は、より迅速に、サンプル１０１にピントが合った部分画像２０１〜２０４を取得することができ、取得した部分画像２０１〜２０４を貼り合わせることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像したデジタル画像を取得することができる。
【００５２】
また、第２ショット目以降のＡＦ領域３０３にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１のコントラスト値に基づいて合焦点を算出することができなくても、前回部分画像２０１〜２０４を撮像した際のステージ１０２の位置情報である合焦点情報を記憶部１１３が記憶しているため、記憶部１１３が記憶している合焦点情報を用いて駆動信号を生成することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における顕微鏡装置１００の構成と第１の実施形態における顕微鏡装置１００の構成とは同様の構成である。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、部分画像を撮像する際に、制御部１１４は、ステージ１０２を実施の形態１で示したＸ軸方向に加えてＹ軸方向にも駆動する点と、ステージ１０２の水平方向の駆動に合わせて、ＡＦ領域を撮像領域の中央部からＸ軸方向およびＹ軸方向にずれた位置に配置している点である。
【００５４】
図４は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像するサンプル１０１の撮像領域と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出するサンプル１０１のＡＦ領域とを示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００の焦点面４０１と、撮像素子１１０が部分画像を撮像する領域である撮像領域４０２と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出する領域であるＡＦ領域４０３とが示されている。また、サンプル１０１の焦点面４０１において、ＡＦ領域４０３は、撮像領域４０２の中央領域ではなく、第１の方向であるＸ軸方向と第２の方向であるＹ軸方向にずれた位置に配置されている。
【００５５】
次に、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像する部分画像と、サンプル１０１と、ＡＦ領域との関係について説明する。図５は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像する部分画像と、サンプル１０１と、ＡＦ領域との関係を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００が撮像する３５枚の部分画像５０１〜５３５の領域と、サンプル１０１と、ＡＦ領域４０３とが示されている。また、顕微鏡装置１００が部分画像５０１〜５３５を撮像する順を示した破線が示されている。なお、顕微鏡装置１００が部分画像５０１〜５３５を撮像する方法、および部分画像５０１〜５３５を貼り合せることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する方法については第１の実施形態における各方法と同様である。
【００５６】
図示する例では、顕微鏡装置１００は、第１ショット目の処理では部分画像５０１を撮像する。また、部分画像５０１はサンプル１０１の左下の領域の画像である。従って、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１の領域において、最もサンプル１０１が存在する確率が高い領域は、サンプル１０１の中央側の領域である右上の領域である。従って、本実施形態では、撮像領域４０２の右上の領域にＡＦ領域４０３を設ける。
【００５７】
このように、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域、すなわち、撮影領域の中心から部分画像５０１を取得後のＸ方向の走査方向かつＹ方向の走査方向側の領域に、ＡＦ領域４０３を設けることで、第１ショット目の処理においてＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができる。また、第１ショット目の処理においてＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができるため、サンプル１０１の合焦点を算出することができる確率を高くすることができる。
【００５８】
図６は、図５に示したサンプル１０１の部分画像５０１〜５３５を撮像する際におけるサンプル１０１の焦点検出結果を示す。図示する例では、○印は合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できることを示す。また、△印は合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できていないが、前回部分画像５０１〜５３５を撮像した際の合焦点情報を用いて駆動情報を生成することを示す。図示する例では、部分画像５０４，５０７，５０８，５２１，５２２，５２９，５３４，５３５を撮像する際に、合焦点検出部１１２はサンプル１０１の合焦点を算出することができない。しかしながら、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１を撮像する際には、合焦点検出部１１２はサンプル１０１の合焦点を算出することができる。
【００５９】
上述した通り、本実施形態によれば、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域、すなわち部分画像５０１を取得後のＸ方向の走査方向かつＹ方向の走査方向側の領域にＡＦ領域４０３を設けることで、第１ショット目の処理においてＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができる。また、第１ショット目の処理においてＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができるため、サンプル１０１の合焦点を算出することができる確率を高くすることができる。従って、顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてピントが合った部分画像５０１を撮像することができる。
【００６０】
また、第１ショット目の部分画像５０１を撮像する際にはＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率が高いため、従来のように第１ショット目の処理を行う前に、サンプル１０１の中心部分などの予め定められている位置のコントラスト値を測定し、合焦点を算出する必要がない。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、迅速に第１ショット目の部分画像５０１を撮像することができる。
【００６１】
また、従来のように、サンプル１０１の中央の合焦点を用いて第１ショット目の部分画像５０１を撮像した場合、第１ショット目の領域とサンプル１０１の中央部との距離が離れているため、サンプル１０１の中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らず、ピントが合っていない第１ショット目の部分画像５０１を撮像する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域においてサンプル１０１の合焦点を算出することができる確率が高いため、ピントが合った第１ショット目の部分画像５０１を撮像することができる。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてサンプル１０１にピントが合った部分画像５０１を撮像することができる。
【００６２】
また、顕微鏡装置１００は、第２ショット目以降の処理で部分画像５０２〜５３５を撮像する際において、ＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出することができなくても、記憶部１１３が記憶している、前回部分画像５０１〜５３５を撮像した際の合焦点情報（ステージ１０２の位置情報）を用いてステージ１０２を光軸方向に移動させるために、ピントが合った部分画像５０２〜５３５を撮像することができる。
【００６３】
これにより、顕微鏡装置１００は、より迅速に、サンプル１０１にピントが合った部分画像５０１〜５３５を取得することができ、取得した部分画像５０１〜５３５を貼り合わせることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像したデジタル画像を取得することができる。
【００６４】
以上、この発明の第１の実施形態および第２の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００６５】
例えば、第１の実施形態および第２の実施形態では、顕微鏡装置１００は、撮像素子１１０とＡＦ素子１１１とを備えているがこれに限らず、撮像素子１１０の少なくとも一部の領域をＡＦ素子１１１として用いてもよい。この場合、撮像素子１１０とＡＦ素子１１１との方向にサンプルからの光を分割する必要が無いため、光路分割装置１０６も必要ない。また、顕微鏡装置１００は、光源として透過光源１０３を用いているがこれに限らず、落射光源や反射光源などを用いてもよい。また、顕微鏡装置１００は、ステージ１０２を移動させてサンプル１０１を合焦させているがこれに限らず、対物レンズ１０５を移動させる事でサンプル１０１を合焦させてもよい。また、合焦点を検出する方法は、山登りサーボ方式でもよく、光路差方式でもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１００，７００・・・顕微鏡装置、１０１，７０１・・・サンプル、１０２，７０２・・・ステージ、１０３，７０３・・・透過光源、１０４，７０４・・・コンデンサレンズ、１０５，７０５・・・対物レンズ、１０６・・・光路分割装置、１０７・・・第１の結像レンズ、１０８・・・第２の結像レンズ、１０９・・・光学系、１１０，７０７・・・撮像素子、１１１・・・ＡＦ素子、１１２，７０８・・・合焦点検出部、１１３・・・記憶部、１１４，７０９・・・制御部、１１５・・・画像信号生成部、２０１〜２０４，５０１〜５３５・・・部分画像、３０１，４０１，８０１・・・焦点面、３０２，４０２，８０２・・・撮像領域、３０３，４０３，８０３・・・ＡＦ領域、７０６・・・結像レンズ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡等の光学機器では、生物標本等のサンプルからの光を受光素子へ照射し、その受光素子から出力される信号からサンプルのコントラスト値を検出し、その検出したコントラスト値に基づいてサンプルの合焦点を決定するコントラストＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ、オートフォーカス）制御が用いられている。例えば、コントラストＡＦの方式の一つとして、光軸方向に沿うレンズを移動させながら、撮像素子で取得した画像信号のコントラスト値をコントラスト検出器で検出し、そのコントラスト値が最大となる位置を合焦点と判定する山登りサーボ方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
また、コントラストＡＦの方式として、予定合焦点に対して前後２ヶ所に前ピンセンサと後ピンセンサとの受光素子を配置し、前ピンセンサと後ピンセンサとにおけるサンプルのコントラスト値の差分を検出し、検出したコントラスト値の差分が０となる位置を合焦点と判定する光路差方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００４】
また、上述したコントラストＡＦ技術を用いて、観察対象であるサンプルを撮像し、広視野かつ高解像度のデジタル画像を取得する顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。図７は、従来知られている顕微鏡装置の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置７００は、ステージ７０２と、透過光源７０３と、コンデンサレンズ７０４と、対物レンズ７０５と、結像レンズ７０６と、撮像素子７０７と、合焦点検出部７０８と、制御部７０９とを備えている。
【０００５】
ステージ７０２は、サンプル７０１を載置するための台であり、制御部７０９の制御により、水平方向（図中の直交するＸ軸方向とＹ軸方向）と光軸方向（図中のＺ軸方向）とに移動する。透過光源７０３は光を発する。コンデンサレンズ７０４は、透過光源７０３が発した光を集光してサンプル７０１に照射する。これにより、ステージ７０２に設置されているサンプル７０１には、透過光源７０３からの光がコンデンサレンズ７０４を通して照射される。
【０００６】
対物レンズ７０５は、サンプル７０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ７０５はサンプル７０１からの光束を集光させる。結像レンズ７０６は、サンプル７０１からの光を撮像素子７０７の撮像面上に結像させる。これにより、サンプル７０１からの透過光は、対物レンズ７０５と結像レンズ７０６を通して、撮像素子７０７に入射される。撮像素子７０７は、結像レンズ７０６により撮像面上に結像されたサンプル７０１の所定の領域の部分画像を撮像する。なお、撮像素子７０７が撮像した部分画像は、合焦点検出部７０８に入力される。
【０００７】
合焦点検出部７０８は、撮像素子７０７が撮像した部分画像の領域のうち、中央の領域におけるコントラスト値を検出し、コントラスト値が最も大きくなるときのサンプル７０１の位置（ステージ７０２の位置）をサンプル７０１の合焦点として算出する。そして、合焦点検出部７０８は、算出した合焦点に基づいて、サンプル７０１の位置が合焦点となる位置に移動するようにステージ７０２を光軸方向に移動させるための駆動信号を生成する。なお、合焦点検出部７０８は生成した駆動信号を制御部７０９に入力する。制御部７０９は、駆動信号に基づいてステージ７０２を光軸方向に移動させ、その後、撮像素子７０７に部分画像を撮像させる。撮像素子７０７が合焦した部分画像を撮像した後、次の部分画像を撮像するために、制御部７０９はステージ７０２を水平方向に移動させる。
【０００８】
顕微鏡装置７００は、上述した動作を繰り返し実行することで、コントラストＡＦ技術を用いてサンプル７０１の部分画像を撮像することができる。また、顕微鏡装置７００は、撮像した部分画像を貼り合わせることによって、サンプル７０１全体を高解像度に撮像したデジタル画像を取得することができる。
【０００９】
次に、顕微鏡装置７００が撮像するサンプル７０１の領域（以下、「撮像領域」という）と、合焦点検出部７０８がコントラスト値を検出するサンプル７０１の領域（以下、「ＡＦ領域」という）とについて説明する。図８は、従来知られている顕微鏡装置７００が撮像するサンプル７０１の撮像領域と、合焦点検出部７０８がコントラスト値を検出するサンプル７０１のＡＦ領域とを示した概略図である。図示する例では、サンプル７０１の焦点面８０１において、ＡＦ領域８０３が撮像領域８０２の中央領域に配置されている。
【００１０】
次に、顕微鏡装置７００がサンプル７０１の部分画像を複数枚撮像し、一枚の全体画像を生成する方法について説明する。図９は、従来知られている顕微鏡装置７００が撮像する部分画像と、サンプル７０１との関係を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置７００が撮像する９枚の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３の領域と、サンプル７０１とが示されている。また、９枚の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３の領域における各ＡＦ領域９０１が示されている。
【００１１】
まず初めに、顕微鏡装置７００は、撮像素子７０７の撮像領域に合わせて、観察対象のサンプル７０１が含まれる領域を、部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３の９つの小領域に分割する。次に、顕微鏡装置７００は、それぞれの小領域ごとにＡＦ制御を行いながら、各小領域の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３を順次撮像する。図示する例では、顕微鏡装置７００は、部分画像Ｘ１Ｙ１、部分画像Ｘ２Ｙ１、部分画像Ｘ３Ｙ１、部分画像Ｘ３Ｙ２、部分画像Ｘ２Ｙ２、部分画像Ｘ１Ｙ２、部分画像Ｘ１Ｙ３、部分画像Ｘ２Ｙ３、部分画像Ｘ３Ｙ３の順に撮像する。ここで、撮像素子がｎ番目の部分画像を撮像する動作を「第ｎショット目」とする。すなわち、撮像素子が部分画像Ｘ１Ｙ１を撮像する動作を第１ショット目と呼び、部分画像Ｘ２Ｙ１を撮像する動作を第２ショット目と呼ぶ。
【００１２】
続いて、顕微鏡装置７００は、９枚の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３を撮像した後、ソフトウェアによる画像貼り合わせ技術を用いることによって、サンプル７０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。
【００１３】
なお、図９に示した例では、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３以外の部分画像の領域では、ＡＦ領域９０１にサンプル７０１が存在する。そのため、顕微鏡装置７００は、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３以外の部分画像を撮像する際に、サンプル７０１のコントラスト値を検出することができるため、サンプル７０１の合焦点を算出することができる。しかし、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３の領域では、ＡＦ領域９０１にサンプル７０１が存在していない。そのため、顕微鏡装置７００は、部分画像Ｘ３Ｙ１，Ｘ３Ｙ３を撮像する際に、サンプル７０１のコントラスト値を検出することができず、サンプル７０１の合焦点を算出することができない。従って、顕微鏡装置７００が、図９に示すようなサンプル７０１の部分画像Ｘ１Ｙ１〜Ｘ３Ｙ３を撮像し、１枚のデジタル画像を生成する場合、一部の部分画像においてサンプル７０１の合焦点を算出することができず、サンプル７０１全体の画像を生成することができない可能性がある。
【００１４】
この問題を解決する方法として、コントラストＡＦによりサンプル７０１の合焦点を算出することができない部分画像を撮像する際には、前回撮像した部分画像の合焦点を用いて撮像する技術が知られている（例えば、特許文献４参照）。例えば、図９に示した例では、サンプル７０１の合焦点を算出することができない部分画像Ｘ３Ｙ１を撮像する際には部分画像Ｘ２Ｙ１を撮像した際の合焦点を用い、部分画像Ｘ３Ｙ３を撮像する際には部分画像Ｘ２Ｙ３を撮像した際の合焦点を用いて撮像する。これは、サンプル７０１の高さ、すなわち合焦点は徐々に変化するものであり、隣接する部分画像における合焦点は急激に変化しないことを前提としている。
【００１５】
また、初めて部分画像を撮像する第１ショット目の部分画像を撮像する際においても、あらかじめ合焦点を算出する基準位置としてサンプル７０１の中央を設定し、第１ショット目の部分画像を撮像する前に、サンプル７０１の中央部のコントラスト値を算出することができるようにステージ７０２を移動させ、サンプル７０１の中央部における合焦点を算出する方法も知られている（例えば、特許文献４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開２００４−１７０４８１号公報
【特許文献２】特開平８−１６０２８４号公報
【特許文献３】特開２０１１−９５５００号公報
【特許文献４】特開平１１−２６４９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
しかしながら、上述した方法には、以下の２つの課題がある。１つ目は、基準位置の合焦点を算出するために、第１ショット目の撮像の前にステージをサンプルの中央部に移動させているので、部分画像を取得するのに時間を要する点である。２つ目は、サンプルの高さは徐々に変化するために、隣接画像との合焦点にほとんど差異は無くても、サンプルの中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らない点である。従って、第１ショット目において、ＡＦ領域にサンプルが存在しない場合、サンプルの中央部における合焦点情報を用いたとしても第１ショット目における実際の合焦点と異なるために、ピントが合っていない第１ショット目の撮影画像を取得する可能性がある。
【００１８】
本発明は上記の問題を解決するためになされたものであり、より迅速に、よりサンプルにピントが合った画像を取得することができる顕微鏡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】
【００１９】
本発明は、第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する撮像素子と、第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力するＡＦ素子と、サンプル全体を含む第１の領域の一部である第２の領域の像を前記第１の面に結像させ、前記第２の領域の中にあり前記第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を前記第２の面に入射する光学系と、前記サンプルが設置されるステージと、前記コントラスト信号に基づいて前記第２の領域の合焦点を算出する合焦点検出部と、前記合焦点検出部が算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせ、前記第２の領域が前記第１の領域上を前記第１の方向に走査するように前記光学系と前記ステージとの相対位置を変化させながら、前記撮像素子が複数の前記画像信号を出力するよう制御する制御部と、複数の前記画像信号に基づいて前記サンプルの画像を作成する画像信号生成部と、を備えることを特徴とする顕微鏡装置である。
【００２０】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記第３の領域は、前記第２の領域の中心からさらに第２の方向にずれた位置に設定され、前記制御部は、前記第２の領域が前記第１の領域上をさらに前記第２の方向に走査するように前記光学系と前記ステージの相対位置を変化させ、前記第１の方向と前記第２の方向は垂直であることを特徴とする。
【００２１】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記制御部は、前記合焦点検出部が前記合焦点を算出できない場合、前記合焦点検出部が前回算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせることを特徴とする。
【００２２】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記第２の面は前記第１の面と同一であり、前記第３の領域は少なくとも前記第２の領域の一部であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、撮像素子は第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する。また、ＡＦ素子は、第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力する。また、光学系は、サンプル全体を含む第１の領域の一部である第２の領域の像を第１の面に結像させ、第２の領域の中にあり第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を第２の面に入射する。また、ステージはサンプルが設置される。また、合焦点検出部は、コントラスト信号に基づいて第２の領域の合焦点を算出する。また、制御部は、合焦点検出部が算出した合焦点に基づいて第２の領域を合焦位置に合わせ、第２の領域が第１の領域上を第１の方向に走査するように光学系とステージとの相対位置を変化させながら、撮像素子が複数の画像信号を出力するよう制御する。また、画像信号生成部は、複数の画像信号に基づいてサンプルの画像を作成する。
【００２４】
この構成により、第３の領域は第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定されているため、ＡＦ素子が出力するコントラスト値はサンプルのコントラスト値である確率が高い。従って、より迅速に、よりサンプルにピントが合った画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置が撮像する部分画像と、サンプルとの関係を示した概略図である。
【図３】本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置が撮像するサンプルの撮像領域とＡＦ素子がコントラスト値を検出するサンプルのＡＦ領域とを示した概略図である。
【図４】本発明の第２の実施形態における顕微鏡装置が撮像するサンプルの撮像領域とＡＦ素子がコントラスト値を検出するサンプルのＡＦ領域とを示した概略図である。
【図５】本発明の第２の実施形態における顕微鏡装置が撮像する部分画像と、サンプルと、ＡＦ領域との関係を示した概略図である。
【図６】本発明の第２の実施形態において、サンプルの部分画像を撮像する際におけるサンプルの焦点検出結果を示す。
【図７】従来知られている顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図８】従来知られている顕微鏡装置が撮像するサンプルの撮像領域と、合焦点検出部がコントラスト値を検出するサンプルのＡＦ領域とを示した概略図である。
【図９】従来知られている顕微鏡装置が撮像する部分画像と、サンプルとの関係を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における顕微鏡装置１００の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００は、ステージ１０２と、透過光源１０３と、コンデンサレンズ１０４と、光学系１０９と、撮像素子１１０と、ＡＦ素子１１１と、合焦点検出部１１２と、記憶部１１３と、制御部１１４と、画像信号生成部１１５とを備えている。また、光学系１０９は、対物レンズ１０５と、光路分割装置１０６と、第１の結像レンズ１０７と、第２の結像レンズ１０８とを備えている。
【００２７】
ステージ１０２は、サンプル１０１を載置するための台であり、制御部１１３の制御により、水平方向（図中の直交するＸ軸方向（第１の方向）とＹ軸方向（第２の方向））と光軸方向（図中のＺ軸方向）とに移動する。透過光源１０３は光を発する。コンデンサレンズ１０４は、透過光源１０３が発した光を集光してサンプル１０１に照射する。これにより、ステージ１０２に設置されているサンプル１０１には、透過光源１０３からの光がコンデンサレンズ１０４を通して照射される。
【００２８】
対物レンズ１０５は、サンプル１０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ１０５はサンプル１０１からの光束を集光させ、光路分割装置１０６に照射する。これにより、サンプル１０１の透過光は光路分割装置１０６に照射される。光路分割装置１０６はハーフミラーなどであり、照射されたサンプル１０１の透過光の一部を第２の結像レンズ１０８の方向に反射し、一部を第１の結像レンズ１０７の方向に透過する。
【００２９】
第１の結像レンズ１０７は、光路分割装置１０６が透過したサンプル１０１からの光を撮像素子１１０の撮像面（第１の面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１からの透過光の一部は、対物レンズ１０５と、光路分割装置１０６と、第１の結像レンズ１０７とを介して撮像素子１１０に入射される。撮像素子１１０は、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の所定の領域の部分画像を撮像する。なお、撮像素子１１０が撮像した部分画像（画像信号）は、画像信号生成部１１５に入力される。
【００３０】
第２の結像レンズ１０８は、光路分割装置１０６が反射したサンプル１０１からの光をＡＦ素子１１１の受光面（第２の面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１からの透過光の一部は、対物レンズ１０５と、光路分割装置１０６と、第２の結像レンズ１０８とを介してＡＦ素子１１１に入射される。ＡＦ素子１１１は、第２の結像レンズ１０８により受光面上に結像されたサンプル１０１の所定のＡＦ領域のコントラスト値（コントラスト信号）を検出する。なお、ＡＦ素子１１１が検出したコントラスト値は、合焦点検出部１１２に入力される。
【００３１】
合焦点検出部１１２は、山登りサーボ方式などを用い、ＡＦ素子１１１から入力されたコントラスト値を解析することによって、撮像素子１１０が部分画像を撮像する撮像領域におけるサンプル１０１の合焦点を算出する。具体的には、合焦点検出部１１２はＡＦ素子１１１から入力されるコントラスト値が最も大きくなるときのサンプル１０１の位置（ステージ１０２の位置）を合焦点と算出する。そして、合焦点検出部１１２は、算出した合焦点に基づいて、サンプル１０１の位置が合焦点となる位置に移動するようにステージ１０２を光軸方向に移動させるための駆動信号を生成する。なお、合焦点検出部１１２が生成したステージ１０２の駆動信号は、制御部１１４に入力される。
【００３２】
制御部１１４は、合焦点検出部１１２から入力された駆動信号に基づいて、ステージ１０２を光軸方向に移動させる。なお、制御部１１４は、光軸方向に移動させた後のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３に記憶させる。また制御部１１４は、図示しない水平駆動信号生成部から送信される水平信号に基づいて、ステージ１０２を水平方向（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に移動させる。
【００３３】
記憶部１１３は、制御部１１４から入力されたステージ１０２の位置情報をサンプル１０１の合焦点情報として記憶する。なお、記憶部１１３が記憶する合焦点情報は、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合に、合焦点検出部１１２により読み出される。例えば、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出するＡＦ領域にサンプル１０１が存在せず、コントラスト値が低いため合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合、合焦点検出部１１２は、記憶部１１３が記憶している合焦点情報を読み出す。そして、合焦点検出部１１２は、読み出した合焦点情報に基づいて駆動信号を生成する。これにより、ＡＦ領域にサンプル１０１が存在しない場合においても、サンプル１０１の位置が合焦点となる位置にステージ１０２を移動させることができる。
【００３４】
撮像素子１１０は、合焦動作が完了した後に、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の部分画像を撮像する。なお、撮像素子１１０は、撮像した部分画像を画像信号生成部１１５に入力する。画像信号生成部１１５は、撮像素子１１０が撮像した複数の部分画像を貼り合せることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。
【００３５】
次に、顕微鏡装置１００がサンプル１０１の部分画像を複数枚撮像し、一枚の全体画像を生成する方法について説明する。図２は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像する部分画像と、サンプル１０１との関係を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００が撮像する４枚の部分画像２０１〜２０４の領域と、サンプル１０１とが示されている。
【００３６】
まず初めに、顕微鏡装置１００は、撮像素子１１０の撮像領域に合わせて、観察対象のサンプル１０１が含まれる領域（第１の領域）を、部分画像２０１〜２０４の４つの小領域（第２の領域）に分割する。次に、顕微鏡装置１００は、それぞれの小領域ごとにＡＦ制御を行いながら、各小領域の部分画像２０１〜２０４を順次撮像する。図示する例では、顕微鏡装置１００は、部分画像２０１、部分画像２０２、部分画像２０３、部分画像２０４の順に撮像する。ここで、撮像素子がｎ番目の部分画像を撮像する動作を「第ｎショット目」とする。すなわち、撮像素子が部分画像２０１を撮像する動作を第１ショット目と呼び、部分画像２０２を撮像する動作を第２ショット目と呼ぶ。
【００３７】
具体的には、第１ショット目で部分画像２０１を撮像するために、制御部１１４は、部分画像２０１の領域が撮像素子１１０の撮像領域に入るようにステージ１０２をＸ方向およびＹ方向に移動させる。続いて、ＡＦ素子１１１は、部分画像２０１のＡＦ領域（第３の領域）のコントラスト値を検出する。続いて、合焦点検出部１１２は、ＡＦ素子１１１が検出したコントラスト値に基づいてサンプル１０１の合焦点を算出する。
【００３８】
続いて、制御部１１４は、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できた場合には、合焦点検出部１１２が生成した駆動信号を用いてステージ１０２を光軸方向（Ｚ方向）に移動させる。また、制御部１１４は、光軸方向に移動させた後のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３に記憶させる。その後、撮像素子１１０は、上述した合焦動作が完了した後、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の部分画像２０１を撮像する。
【００３９】
一方、第１ショット目の動作において、部分画像２０１のＡＦ領域にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合には、サンプル１０１の位置が合焦点となる位置に移動するようにステージ１０２を光軸方向に移動させるための駆動信号を生成することができない。なお、第２ショット目以降であれば、前回部分画像を撮像した際のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３が記憶しているため、制御部１１４は、記憶部１１３が記憶している位置情報を用いて駆動信号を生成することができる。本実施形態では、第１ショット目の処理においてＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることで、サンプル１０１の各部分画像２０１〜２０４の撮影画像をピントの合った状態で鮮明に取得できる可能性を高くする。
【００４０】
なお、第１ショット目の部分画像２０１の撮像を行う際にステージ１０２が移動する方向は顕微鏡装置１００毎に予め決まっている。また、サンプル１０１の各部分画像２０１〜２０４の撮像順序（ステージ１０２が移動する順序）に関しても顕微鏡装置１００毎に予め決まっている。本実施形態における顕微鏡装置１００は、部分画像２０１、部分画像２０２、部分画像２０３、部分画像２０４の順に撮像する。また、一般的に、サンプル１０１は全体画像の中央領域に存在している。以上のことから、第１ショット目の撮像領域において、最もサンプル１０１が存在する確率が高い領域は、第１ショット目の撮像領域の中心部よりも第２ショット目の撮像領域に近い領域である。
【００４１】
すなわち、第１ショット目の撮像領域において、最もサンプル１０１が存在する確率が高い領域は、第１ショット目の撮像領域の中心部よりも、サンプル１０１の中央側である走査方向（Ｘ軸方向）側（ステージ１０２の進行方向とは逆側）に位置する領域である。従って、撮像領域の中心部よりも走査方向側に位置する領域にＡＦ領域を設けることによって、ＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができ、サンプル１０１の合焦点を算出することができる確率を高くすることができる。このように、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域である部分画像２０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域にＡＦ領域を設けることで、第１ショット目の処理においてＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができる。
【００４２】
また、第１ショット目の部分画像２０１を撮像する際にはＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率が高いため、従来のように第１ショット目の処理を行う前に、サンプル１０１の中心部分などの予め定められている位置のコントラスト値を測定し、合焦点を算出する必要がない。従って、迅速に第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。
【００４３】
また、従来のように、サンプル１０１の中央の合焦点を用いて第１ショット目の部分画像２０１を撮像した場合、第１ショット目の領域とサンプル１０１の中央部との距離が離れているため、サンプル１０１の中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らず、ピントが合っていない第１ショット目の部分画像２０１を撮像する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域においてサンプル１０１の合焦点を算出することができる確率が高いため、ピントが合った第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてサンプル１０１にピントが合った部分画像２０１を撮像することができる。
【００４４】
図３は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像するサンプル１０１の撮像領域と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出するサンプル１０１のＡＦ領域とを示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００の焦点面３０１と、撮像素子１１０が部分画像２０１〜２０４を撮像する領域である撮像領域３０２と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出する領域であるＡＦ領域３０３とが示されている。また、サンプル１０１の焦点面３０１において、ＡＦ領域３０３が撮像領域３０２の中央領域ではなく、サンプル１０１の中央側である走査方向（Ｘ軸方向）側（ステージ１０２の進行方向とは逆側）の領域に配置されている。
【００４５】
第１ショット目で部分画像２０１の撮像を完了した後、第２ショット目で部分画像２０２を撮像するために、制御部１１４は、部分画像２０２の領域が撮像素子１１０の撮像領域に入るようにステージ１０２をＸ方向と逆方向に移動させる。続いて、ＡＦ素子１１１は、部分画像２０２のＡＦ領域のコントラスト値を検出する。続いて、合焦点検出部１１２は、ＡＦ素子１１１が検出したコントラスト値に基づいてサンプル１０１の合焦点を算出する。なお、合焦点検出部１１２は、第２ショット目の動作において、部分画像２０２のＡＦ領域にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できない場合には、部分画像２０１を撮像した際のステージ１０２の位置情報を合焦点情報として記憶部１１３が記憶しているため、記憶部１１３が記憶している合焦点情報を用いて駆動信号を生成する。
【００４６】
続いて、制御部１１４は、合焦点検出部１１２が生成した駆動信号を用いてステージ１０２を光軸方向（Ｚ軸方向）に駆動させる。また、制御部１１４は、光軸方向に移動させた後のステージ１０２の位置情報を記憶部１１３に記憶させる。上述した合焦動作が完了した後、撮像素子１１０は、第１の結像レンズ１０７により撮像面上に結像されたサンプル１０１の部分画像２０２を撮像する。なお、部分画像２０３，２０４の撮像も部分画像２０２の撮像と同様に行う。
【００４７】
撮像素子１１０が部分画像２０１〜２０４を撮像した後、画像信号生成部１１５は、撮像素子１１０が撮像した複数の部分画像を貼り合せることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。
【００４８】
上述した通り、本実施形態によれば、第１ショット目の撮像領域である部分画像２０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域にＡＦ領域を設ける、すなわち、撮像領域の中心部からステージ１０２の進行方向とは逆側に位置する領域にＡＦ領域３０３を設けることによって、第１ショット目の部分画像２０１を撮像する際にＡＦ領域３０３にサンプル１０１が存在する確率を高くする。これにより、第１ショット目のサンプル１０１のコントラスト値を算出できる確率を高くし、サンプル１０１の合焦点を算出することができるために、第１ショット目においてピントが合った部分画像２０１を撮像することができる。
【００４９】
また、第１ショット目の部分画像２０１を撮像する際にはＡＦ領域３０３にサンプル１０１が存在する確率が高いため、従来のように第１ショット目の処理を行う前に、サンプル１０１の中心部分などの予め定められている位置のコントラスト値を測定し、合焦点を算出する必要がない。従って、迅速に第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。
【００５０】
また、従来のように、サンプル１０１の中央の合焦点を用いて第１ショット目の部分画像２０１を撮像した場合、第１ショット目の領域とサンプル１０１の中央部との距離が離れているため、サンプル１０１の中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らず、ピントが合っていない第１ショット目の部分画像２０１を撮像する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域においてサンプル１０１の合焦点を算出することができる確率が高いため、ピントが合った第１ショット目の部分画像２０１を撮像することができる。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてサンプル１０１にピントが合った部分画像２０１を撮像することができる。
【００５１】
これにより、顕微鏡装置１００は、より迅速に、サンプル１０１にピントが合った部分画像２０１〜２０４を取得することができ、取得した部分画像２０１〜２０４を貼り合わせることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像したデジタル画像を取得することができる。
【００５２】
また、第２ショット目以降のＡＦ領域３０３にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１のコントラスト値に基づいて合焦点を算出することができなくても、前回部分画像２０１〜２０４を撮像した際のステージ１０２の位置情報である合焦点情報を記憶部１１３が記憶しているため、記憶部１１３が記憶している合焦点情報を用いて駆動信号を生成することができる。
【００５３】
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について説明する。本実施形態における顕微鏡装置１００の構成と第１の実施形態における顕微鏡装置１００の構成とは同様の構成である。本実施形態と第１の実施形態とで異なる点は、本実施形態では、部分画像を撮像する際に、制御部１１４は、ステージ１０２を実施の形態１で示したＸ軸方向に加えてＹ軸方向にも駆動する点と、ステージ１０２の水平方向の駆動に合わせて、ＡＦ領域を撮像領域の中央部からＸ軸方向およびＹ軸方向にずれた位置に配置している点である。
【００５４】
図４は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像するサンプル１０１の撮像領域と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出するサンプル１０１のＡＦ領域とを示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００の焦点面４０１と、撮像素子１１０が部分画像を撮像する領域である撮像領域４０２と、ＡＦ素子１１１がコントラスト値を検出する領域であるＡＦ領域４０３とが示されている。また、サンプル１０１の焦点面４０１において、ＡＦ領域４０３は、撮像領域４０２の中央領域ではなく、第１の方向であるＸ軸方向と第２の方向であるＹ軸方向にずれた位置に配置されている。
【００５５】
次に、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像する部分画像と、サンプル１０１と、ＡＦ領域との関係について説明する。図５は、本実施形態における顕微鏡装置１００が撮像する部分画像と、サンプル１０１と、ＡＦ領域との関係を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１００が撮像する３５枚の部分画像５０１〜５３５の領域と、サンプル１０１と、ＡＦ領域４０３とが示されている。また、顕微鏡装置１００が部分画像５０１〜５３５を撮像する順を示した破線が示されている。なお、顕微鏡装置１００が部分画像５０１〜５３５を撮像する方法、および部分画像５０１〜５３５を貼り合せることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する方法については第１の実施形態における各方法と同様である。
【００５６】
図示する例では、顕微鏡装置１００は、第１ショット目の処理では部分画像５０１を撮像する。また、部分画像５０１はサンプル１０１の左下の領域の画像である。従って、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１の領域において、最もサンプル１０１が存在する確率が高い領域は、サンプル１０１の中央側の領域である右上の領域である。従って、本実施形態では、撮像領域４０２の右上の領域にＡＦ領域４０３を設ける。
【００５７】
このように、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域、すなわち、撮影領域の中心から部分画像５０１を取得後のＸ方向の走査方向かつＹ方向の走査方向側の領域に、ＡＦ領域４０３を設けることで、第１ショット目の処理においてＡＦ領域にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができる。また、第１ショット目の処理においてＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができるため、サンプル１０１の合焦点を算出することができる確率を高くすることができる。
【００５８】
図６は、図５に示したサンプル１０１の部分画像５０１〜５３５を撮像する際におけるサンプル１０１の焦点検出結果を示す。図示する例では、○印は合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できることを示す。また、△印は合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出できていないが、前回部分画像５０１〜５３５を撮像した際の合焦点情報を用いて駆動情報を生成することを示す。図示する例では、部分画像５０４，５０７，５０８，５２１，５２２，５２９，５３４，５３５を撮像する際に、合焦点検出部１１２はサンプル１０１の合焦点を算出することができない。しかしながら、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１を撮像する際には、合焦点検出部１１２はサンプル１０１の合焦点を算出することができる。
【００５９】
上述した通り、本実施形態によれば、第１ショット目の撮像領域である部分画像５０１の領域のうち、サンプル１０１の中央側の領域、すなわち部分画像５０１を取得後のＸ方向の走査方向かつＹ方向の走査方向側の領域にＡＦ領域４０３を設けることで、第１ショット目の処理においてＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができる。また、第１ショット目の処理においてＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率を高くすることができるため、サンプル１０１の合焦点を算出することができる確率を高くすることができる。従って、顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてピントが合った部分画像５０１を撮像することができる。
【００６０】
また、第１ショット目の部分画像５０１を撮像する際にはＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在する確率が高いため、従来のように第１ショット目の処理を行う前に、サンプル１０１の中心部分などの予め定められている位置のコントラスト値を測定し、合焦点を算出する必要がない。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、迅速に第１ショット目の部分画像５０１を撮像することができる。
【００６１】
また、従来のように、サンプル１０１の中央の合焦点を用いて第１ショット目の部分画像５０１を撮像した場合、第１ショット目の領域とサンプル１０１の中央部との距離が離れているため、サンプル１０１の中央部における合焦点と第１ショット目の合焦点とが一致するとは限らず、ピントが合っていない第１ショット目の部分画像５０１を撮像する可能性がある。しかしながら、本実施形態では、第１ショット目の撮像領域においてサンプル１０１の合焦点を算出することができる確率が高いため、ピントが合った第１ショット目の部分画像５０１を撮像することができる。従って、本実施形態における顕微鏡装置１００は、第１ショット目においてサンプル１０１にピントが合った部分画像５０１を撮像することができる。
【００６２】
また、顕微鏡装置１００は、第２ショット目以降の処理で部分画像５０２〜５３５を撮像する際において、ＡＦ領域４０３にサンプル１０１が存在せず、合焦点検出部１１２がサンプル１０１の合焦点を算出することができなくても、記憶部１１３が記憶している、前回部分画像５０１〜５３５を撮像した際の合焦点情報（ステージ１０２の位置情報）を用いてステージ１０２を光軸方向に移動させるために、ピントが合った部分画像５０２〜５３５を撮像することができる。
【００６３】
これにより、顕微鏡装置１００は、より迅速に、サンプル１０１にピントが合った部分画像５０１〜５３５を取得することができ、取得した部分画像５０１〜５３５を貼り合わせることによって、サンプル１０１全体を高解像度に撮像したデジタル画像を取得することができる。
【００６４】
以上、この発明の第１の実施形態および第２の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００６５】
例えば、第１の実施形態および第２の実施形態では、顕微鏡装置１００は、撮像素子１１０とＡＦ素子１１１とを備えているがこれに限らず、撮像素子１１０の少なくとも一部の領域をＡＦ素子１１１として用いてもよい。この場合、撮像素子１１０とＡＦ素子１１１との方向にサンプルからの光を分割する必要が無いため、光路分割装置１０６も必要ない。また、顕微鏡装置１００は、光源として透過光源１０３を用いているがこれに限らず、落射光源や反射光源などを用いてもよい。また、顕微鏡装置１００は、ステージ１０２を移動させてサンプル１０１を合焦させているがこれに限らず、対物レンズ１０５を移動させる事でサンプル１０１を合焦させてもよい。また、合焦点を検出する方法は、山登りサーボ方式でもよく、光路差方式でもよい。
【符号の説明】
【００６６】
１００，７００・・・顕微鏡装置、１０１，７０１・・・サンプル、１０２，７０２・・・ステージ、１０３，７０３・・・透過光源、１０４，７０４・・・コンデンサレンズ、１０５，７０５・・・対物レンズ、１０６・・・光路分割装置、１０７・・・第１の結像レンズ、１０８・・・第２の結像レンズ、１０９・・・光学系、１１０，７０７・・・撮像素子、１１１・・・ＡＦ素子、１１２，７０８・・・合焦点検出部、１１３・・・記憶部、１１４，７０９・・・制御部、１１５・・・画像信号生成部、２０１〜２０４，５０１〜５３５・・・部分画像、３０１，４０１，８０１・・・焦点面、３０２，４０２，８０２・・・撮像領域、３０３，４０３，８０３・・・ＡＦ領域、７０６・・・結像レンズ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する撮像素子と、
第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力するＡＦ素子と、
サンプル全体を含む第１の領域の一部である第２の領域の像を前記第１の面に結像させ、前記第２の領域の中にあり前記第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を前記第２の面に入射する光学系と、
前記サンプルが設置されるステージと、
前記コントラスト信号に基づいて前記第２の領域の合焦点を算出する合焦点検出部と、
前記合焦点検出部が算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせ、前記第２の領域が前記第１の領域上を前記第１の方向に走査するように前記光学系と前記ステージとの相対位置を変化させながら、前記撮像素子が複数の前記画像信号を出力するよう制御する制御部と、
複数の前記画像信号に基づいて前記サンプルの画像を作成する画像信号生成部と、
を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記第３の領域は、前記第２の領域の中心からさらに第２の方向にずれた位置に設定され、
前記制御部は、前記第２の領域が前記第１の領域上をさらに前記第２の方向に走査するように前記光学系と前記ステージの相対位置を変化させ、
前記第１の方向と前記第２の方向は垂直である
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記合焦点検出部が前記合焦点を算出できない場合、前記合焦点検出部が前回算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記第２の面は前記第１の面と同一であり、
前記第３の領域は少なくとも前記第２の領域の一部である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【請求項１】
第１の面に結像された像に基づいて画像信号を出力する撮像素子と、
第２の面に入射された光に基づいてコントラスト信号を出力するＡＦ素子と、
サンプル全体を含む第１の領域の一部である第２の領域の像を前記第１の面に結像させ、前記第２の領域の中にあり前記第２の領域の中心から少なくとも第１の方向にずれた位置に設定された第３の領域からの光を前記第２の面に入射する光学系と、
前記サンプルが設置されるステージと、
前記コントラスト信号に基づいて前記第２の領域の合焦点を算出する合焦点検出部と、
前記合焦点検出部が算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせ、前記第２の領域が前記第１の領域上を前記第１の方向に走査するように前記光学系と前記ステージとの相対位置を変化させながら、前記撮像素子が複数の前記画像信号を出力するよう制御する制御部と、
複数の前記画像信号に基づいて前記サンプルの画像を作成する画像信号生成部と、
を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記第３の領域は、前記第２の領域の中心からさらに第２の方向にずれた位置に設定され、
前記制御部は、前記第２の領域が前記第１の領域上をさらに前記第２の方向に走査するように前記光学系と前記ステージの相対位置を変化させ、
前記第１の方向と前記第２の方向は垂直である
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記合焦点検出部が前記合焦点を算出できない場合、前記合焦点検出部が前回算出した前記合焦点に基づいて前記第２の領域を合焦位置に合わせる
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
【請求項４】
前記第２の面は前記第１の面と同一であり、
前記第３の領域は少なくとも前記第２の領域の一部である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１３−８８５７０（Ｐ２０１３−８８５７０Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２８０４３（Ｐ２０１１−２２８０４３）
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月１７日（２０１１．１０．１７）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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