CN104769480B - 图像取得装置和图像取得装置的聚焦方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的图像取得装置中，在扫描分割区域(40)时存储焦点位置的控制结果，并基于在扫描第n(n为1以上的整数)以前的分割区域时存储的控制结果来决定扫描第(n+1)分割区域(40)时的初始焦点位置。通过这样的方法，在该图像取得装置中，可以利用已经结束扫描的分割区域(40)的控制结果来大体求出接着扫描的分割区域(40)的初始焦点位置。由此，通过预聚焦的简易化，能够抑制摄像所需要的处理时间的增大。

Description

图像取得装置和图像取得装置的聚焦方法

技术领域

本发明涉及试样等的图像取得所使用的图像取得装置及其聚焦方法。

背景技术

作为图像取得装置，例如有将试样的摄像区域预先分割成多个区域，并在对各分割区域进行高倍率摄像后将它们进行合成的虚拟(virtual)显微镜装置。在这样的虚拟显微镜的图像取得中，以往，作为取得活体样品等试样的图像的时候的摄像条件，设定以试样的整个区域作为对象的焦点映射(mapping)，并一边进行基于焦点映射的焦点控制一边进行试样的图像的取得。

为了制作焦点映射，首先，使用具备宏观光学系统的图像取得装置来取得试样整体作为宏观图像。接着，使用所取得的宏观图像来设定试样的摄像范围，并且将摄像范围分割成多个分割区域，并对各分割区域设定焦点取得位置。在设定焦点取得位置之后，将试样移到具备宏观光学系统的图像取得装置，取得所设定的焦点取得位置中的焦点位置，并由这些焦点位置制作焦点映射。

然而，在制作这样的焦点映射时，存在处理需要时间这样的问题。另外，如果抑制所取得的焦点的间隔或者数目，则处理所需要的时间缩短，但是在该情况下存在聚焦精度下降这样的问题。因此，进行了一边取得焦点位置一边取得试样的高倍率图像的动态聚焦的开发。该方式是如下的方式，即，基于比入射到图像取得用的摄像装置的光像更前地匹配焦点的光像(前焦点(front focus))与更后地匹配焦点的光像(后焦点(rear focus))的光强度差或者对比度差来检测焦点位置相对于当前的物镜的高度的偏移方向，使物镜在抵消偏移的方向上移动来取得图像(例如参照专利文献1)。

例如，在专利文献1所记载的显微镜系统中，设置有对于比第1摄像机构所摄像的区域更跟前的区域进行摄像的第2摄像机构、基于由第2摄像机构摄像的图像调整第1摄像机构的摄像位置的物镜的对焦位置的自动对焦控制机构、以及对应于分割区域间的距离和试样的移动速度分割区域，使分割区域从第2摄像机构的摄像位置移动至第1摄像机构的摄像位置的时刻与使由第2摄像机构摄像的分割区域的成像位置位于第1摄像机构的摄像面的时刻一致的时刻控制机构。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2011-081211号公报

发明内容

发明所要解决的技术问题

这里，一边在各分割区域中通过上述那样的动态聚焦的方式使摄像位置以规定的速度移动并调整焦点位置，一边进行各分割区域的摄像的情况下，在各分割区域中摄像对象的试样最初出现的扫描位置需要进行预先使物镜移动到对焦位置的附近的处理(预聚焦)。其原因在于，如果在试样最初出现的扫描位置物镜的位置与对焦的附近偏移大，则存在利用动态聚焦的焦点的位置的控制会发散的担忧。

然而，如果在动态聚焦的实行中需要时间，则特别是在将摄像范围分割成多个分割区域的情况下，存在各次的预聚焦的实行导致摄像所需要的处理时间增大这样的问题。

本发明是为了解决上述技术问题而完成的，其目的在于提供通过预聚焦的简易化能够抑制摄像所需要的处理时间的增大的图像取得装置及其聚焦方法。

解决技术问题的手段

为了解决上述技术问题，本发明所涉及的图像取得装置，其特征在于，具备：载台，其载置有试样；光源，其朝向试样照射光；导光光学系统，其包含将试样的光像向图像取得用的第1光路和焦点控制用的第2光路分支的光分支机构；第1摄像机构，其取得由向第1光路分支的第1光像得到的第1图像；第2摄像机构，其取得由向第2光路分支的第2光像得到的第2图像；扫描控制机构，其沿着预先确定的多个分割区域扫描由第1摄像机构和第2摄像机构进行的试样的摄像位置；以及焦点控制机构，其解析第2图像，并基于该解析结果控制由第1摄像机构进行的摄像的焦点位置，焦点控制机构在扫描控制机构扫描分割区域时存储焦点位置的控制结果，并基于在扫描控制机构扫描第n以前的分割区域时存储的控制结果，来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置，其中，n为1以上的整数。

在该图像取得装置中，在扫描控制机构扫描分割区域时存储焦点位置的控制结果，并基于在扫描控制机构扫描第n(n为1以上的整数)以前的分割区域时存储的控制结果，来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通过这样的方法，在该图像取得装置中，可以利用已经结束扫描的分割区域的控制结果来大体求出接着扫描的分割区域的初始焦点位置。由此，通过预聚焦的简易化，能够抑制摄像所需要的处理时间的增大。

另外，可选地，焦点控制机构基于在扫描邻接于第(n+1)分割区域的分割区域时存储的控制结果来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通常，推定相邻接的分割区域彼此的试样的厚度是连续的。因此，通过使用相邻接的分割区域的焦点位置的控制结果，能够精度更高地决定初始焦点位置。

另外，可选地，焦点控制机构基于在扫描第n以前的多个分割区域时存储的控制结果来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通过使用多个分割区域的焦点位置的控制结果，能够精度更高地决定初始焦点位置。

另外，优选地，还具备：区域控制机构，其在第2摄像机构的摄像面，设定取得第2光像的一部分图像的第1摄像区域和第2摄像区域；以及光路差生成构件，其配置在第2光路，并使第2光像沿着摄像面的面内方向产生光路差，焦点控制机构在由第1摄像区域取得的图像的对比度值与由第2摄像区域取得的图像的对比度值的差分的绝对值为规定值以下的扫描位置存储焦点位置的控制结果。通过这样做，能够选择并存储位于对焦位置的附近的焦点位置的控制结果，并能够更高精度地决定初始焦点位置。

另外，优选地，上述图像取得装置还具备取得包含试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，焦点控制机构在扫描控制机构基于宏观图像扫描试样的存在区域的期间中存储焦点位置的控制结果。通过这样做，能够排除不存在试样的区域的焦点位置的控制结果，能够更高精度地决定初始焦点位置。

另外，可选地，上述图像取得装置还具备取得包含试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，扫描控制机构基于宏观图像以试样所占的区域成为最大的分割区域为第1分割区域进行扫描。在该情况下，在第1分割区域的扫描时，能够存储与其他分割区域相比较更多的焦点位置的控制结果。由此，能够更高精度地决定扫描以后的分割区域时的初始焦点位置。

另外，本发明所涉及的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，图像取得装置具备：载台，其载置有试样；光源，其朝向试样照射光；导光光学系统，其包含将试样的光像向图像取得用的第1光路和焦点控制用的第2光路分支的光分支机构；第1摄像机构，其取得由向第1光路分支的第1光像得到的第1图像；第2摄像机构，其取得由向第2光路分支的第2光像得到的第2图像；扫描控制机构，其沿着预先确定的多个分割区域扫描由第1摄像机构和第2摄像机构进行的试样的摄像位置；以及焦点控制机构，其解析第2图像，并基于该解析结果控制由第1摄像机构进行的摄像的焦点位置，存储扫描控制机构扫描分割区域时的焦点位置的控制结果，基于在扫描控制机构扫描第n以前的分割区域时存储的控制结果来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置，其中，n为1以上的整数。

在该聚焦方法中，在扫描控制机构扫描分割区域时存储焦点位置的控制结果，并基于在扫描控制机构扫描第n以前的分割区域时存储的控制结果来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通过这样的方法，在该图像取得装置中，可以利用已经结束扫描的分割区域的控制结果来大体求出接着扫描的分割区域的初始焦点位置。由此，通过预聚焦的简易化，能够抑制摄像所需要的处理时间的增大。

另外，可选地，基于在扫描邻接于第(n+1)分割区域的分割区域时存储的控制结果来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通常，推定相邻接的分割区域彼此的试样的厚度是连续的。因此，通过使用相邻接的分割区域的焦点位置的控制结果，能够精度更高地决定初始焦点位置。

另外，可选地，基于在扫描第n以前的多个分割区域时存储的控制结果来决定扫描控制机构扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通过使用多个分割区域的焦点位置的控制结果，能够精度更高地决定初始焦点位置。

另外，优选地，图像取得装置还具备：区域控制机构，其在第2摄像机构的摄像面，设定取得第2光像的一部分图像的第1摄像区域和第2摄像区域；以及光路差生成构件，其配置在第2光路，并使第2光像沿着摄像面的面内方向产生光路差，在由第1摄像区域取得的图像的对比度值与由第2摄像区域取得的图像的对比度值的差分的绝对值为规定值以下的扫描位置存储焦点位置的控制结果。通过这样做，能够选择并存储位于对焦位置的附近的焦点位置的控制结果，并能够更高精度地决定初始焦点位置。

另外，优选地，图像取得装置还具备取得包含试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，在扫描控制机构基于宏观图像扫描试样的存在区域的期间中存储焦点位置的控制结果。通过这样做，能够排除不存在试样的区域的焦点位置的控制结果，能够更高精度地决定初始焦点位置。

另外，可选地，图像取得装置还具备取得包含试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，通过扫描控制机构，基于宏观图像以试样所占的区域成为最大的分割区域为第1分割区域进行扫描。在该情况下，在第1分割区域的扫描时，能够存储与其他分割区域相比较更多的焦点位置的控制结果。由此，能够更高精度地决定扫描以后的分割区域时的初始焦点位置。

发明的效果

根据本发明，能够通过预聚焦的简易化，从而能够抑制摄像所需要的处理时间的增大。

附图说明

图1是表示构成本发明所涉及的图像取得装置的宏观图像取得装置的一个实施方式的图。

图2是表示构成本发明所涉及的图像取得装置的微观图像取得装置的一个实施方式的图。

图3是表示第2摄像装置的图。

图4是表示光路差生成构件和第2摄像装置的组合的一个例子的图。

图5是表示图像取得装置的功能上的构成要素的框图。

图6是表示在直至试样的表面的距离与物镜的焦点距离一致的情况下的对比度值的解析结果的图。

图7是表示在直至试样的表面的距离比物镜的焦点距离长的情况下的对比度值的解析结果的图。

图8是表示在直至试样的表面的距离比物镜的焦点距离短的情况下的对比度值的解析结果的图。

图9是表示物镜与载台的距离相对于载台的扫描时间的关系的图。

图10是表示利用载台控制部的载台的扫描方向的控制的图。

图11是表示利用载台控制部的载台的扫描速度的控制的图。

图12是各分割区域中的试样开始位置的图。

图13是表示由焦点控制部存储的焦点控制结果的例子的图。

图14是表示本变形例所涉及的图像取得装置中的分割区域的扫描顺序的图。

图15是表示图像取得装置的动作的流程图。

图16是表示由微观图像取得装置进行的微观图像的取得动作的流程图。

符号的说明：

1…载台，12…光源，14…导光光学系统，15…物镜，16…光束分离器(光分支机构)，18…第1摄像装置(第1摄像机构)，20…第2摄像装置(第2摄像机构)，20a…摄像面，21(21A)…光路差生成构件，22A…第1摄像区域，22B…第2摄像区域，34…焦点控制部(焦点控制机构)，35…区域控制部(区域控制机构)，36…物镜控制部，L1…第1光路，L2…第2光路，M…图像取得装置，M1…宏观图像取得装置，M2…微观图像取得装置，S…试样。

具体实施方式

以下，一边参照附图，一边就本发明所涉及的图像取得装置及其图像取得方法的优选实施方式进行详细说明。

图1是表示构成本发明所涉及的图像取得装置的宏观图像取得装置的一个实施方式的图。另外，图2是表示构成本发明所涉及的图像取得装置的微观图像取得装置的一个实施方式的图。如图1和图2所示，图像取得装置M由取得试样S的宏观图像的宏观图像取得装置M1以及取得试样S的微观图像的微观图像取得装置M2构成。图像取得装置M是对由宏观图像取得装置M1取得的宏观图像设定例如线状的多个分割区域40(参照图11)，并由微观图像取得装置M2高倍率取得各分割区域40并合成从而生成虚拟微观图像的装置。

如图1所示，宏观图像取得装置M1具备载置有试样S的载台1。载台1是通过例如步进电机(脉冲电机)或压力致动器等电机或者致动器而在水平方向上驱动的XYZ载台。由图像取得装置M观察的试样S是例如细胞等活体样品，在密封于载玻片的状态下载置于载台1。通过在XY面内驱动该载台1，从而能够使相对于试样S的摄像位置移动。

载台1可以在宏观图像取得装置M1与微观图像取得装置M2之间往返，并具有在两装置间搬运试样S的功能。再有，在宏观图像取得中，可以以1次摄像取得试样S的整体图像，也可以将试样S分割成多个区域来摄像。另外，载台1可以分别设置在宏观图像取得装置M1和微观图像取得装置M2两者。

在载台1的底面侧，配置有朝向试样S照射光的光源2以及将来自光源2的光聚光于试样S的聚光透镜3。光源2可以以朝向试样S倾斜地照射光的方式配置。另外，在载台1的上面侧，配置有对来自试样S的光像进行导光的导光光学系统4、以及对试样S的光像摄像的摄像装置5。导光光学系统4具有使来自试样S的光像成像于摄像装置5的摄像面的成像透镜6。另外，摄像装置5是可取得例如二维图像的区域传感器(area sensor)。摄像装置5取得经导光光学系统4入射到摄像面的试样S的光像的整体图像，并储存于后述的虚拟微观图像储存部39。

如图2所示，微观图像取得装置M2在载台1的底面侧具有与宏观图像取得装置M1同样的光源12和聚光透镜13。另外，在载台1的上面侧，配置有对来自试样S的光像进行导光的导光光学系统14。在使来自光源12的光照射于试样S的光学系统中，可以采用用于对试样S照射激励光的激励光照射光学系统或者用于取得试样S的暗视野图像的暗视野照明光学系统。

导光光学系统4具有与试样S相对配置的物镜15、以及配置在物镜15的后段的光束分离器(光分支机构)16。在物镜15，设置有在与载台1的载置面正交的Z方向上驱动物镜15的步进电机(脉冲电极)或者压力致动器等电机或者致动器。通过这些驱动机构来改变物镜15的Z方向的位置，能够调整试样S的图像取得的摄像的焦点位置。再有，焦点位置的调整可以改变载台1的Z方向的位置，也可以改变透镜15和载台1两者的Z方向的位置。

光束分离器16是将试样S的光像分支成图像取得用的第1光路L1和焦点控制用的第2光路L2的部分。该光束分离器16以相对于来自光源1的光轴约45度的角度配置，在图2中，通过光束分离器16的光路成为第1光路L1，由光束分离器16反射的光路成为第2光路。

在第1光路L1，配置有使通过光束分离器16的试样S的光像(第1光像)成像的成像透镜17、以及在成像透镜17的成像位置配置摄像面的第1摄像装置(第1摄像机构)18。第1摄像装置18是可取得由试样S的第1光像得到的一维图像(第1图像)的装置，可以使用例如可以TDI(Time Delay Integration：时间延迟积分)驱动的二维CCD传感器或线性传感器。另外，如果是一边以一定的速度控制载台1一边依次取得试样S的图像的方式，则第1摄像装置18也可以是CMOS传感器或CCD传感器等的可取得二维图像的装置。由第1摄像装置18摄像的第1图像在依次保存到通道(lane)缓冲器等暂时保存存储器后，进行压缩并输出到后述的图像生成部38。

另一方面，在第2光路L2，配置有缩小由光束分离器16反射的试样的光像(第2光像)的视野调整透镜19、以及第2摄像装置(第2摄像机构)20。另外，在第2摄像装置20的前段，配置有使第2光像产生光路差的光路差生成构件21。视野调整透镜19优选以第2光像按与第1光像同等程度的大小成像于第2摄像装置20的方式构成。

第2摄像装置20是可取得由试样S的第2光像得到的二维图像(第2图像)的装置，可以使用CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor：互补金属氧化物半导体)或CCD(Charge Coupled Device：电荷耦合器件)等传感器等。另外，也可以使用线性传感器。

第2摄像装置20的摄像面20a以与第2光路L2正交的XZ面大体一致的方式配置。如图3所示，在该摄像面20a设定有取得第2光像的一部分图像的第1摄像区域22A和第2摄像区域22B。第1摄像区域22A和第2摄像区域22B设定在相对于伴随着试样S的扫描的摄像面20a上的第2光像的移动方向(扫描方向：Z方向)垂直的方向上。第1摄像区域22A与第2摄像区域22B具有规定的间隔而设定，均为线状地取得第2光像的一部分。由此，能够在第1摄像区域22A和第2摄像区域22B取得与由第1摄像装置18取得的试样S的第1光像相同区域的光像作为第2光像。再有，也可以使用分开的线状传感器来设定第1摄像区域22A和第2摄像区域22B。在该情况下，通过分开地控制各线性传感器，能够缩短第1摄像区域22A和第2摄像区域22B的设定所需要的时间。

光路差生成构件21是沿着摄像面20a的面内方向使第2光像产生光路差的玻璃构件。在图4所示的例子中，光路差生成构件21A成为截面三角形的棱柱状，以顶部与摄像面20a的Z方向的中央部分大体一致的方式配置。因此，入射到摄像面20a的第2光像在摄像面20a的Z方向的中央部分其光路最长，越朝向摄像面20a的Z方向的两端部分光路越短。另外，光路差生成构件21优选以与第2摄像装置20相对的面与第2摄像装置的摄像面(受光面)20a平行的方式配置。由此，能够减少由与第2摄像装置20相对的面引起的光的折射，能够确保由第2摄像装置20接收的光量。

由此，在第2摄像装置20中，能够基于第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置来取得比入射到第1摄像装置18的第1光像更前地匹配焦点的光像(前焦点(pin))、以及更后地匹配焦点的光像(后焦点)。在本实施方式中，例如以第1摄像区域22A为前焦点且第2摄像区域22B为后焦点的方式设定第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置。前焦点与后焦点之间的聚焦差依赖于入射到第1摄像区域22A的第2光像所通过的光路差生成构件21A的厚度t1和折射率与入射到第2摄像区域22B的第2光像所通过的光路差生成构件21A的厚度t2和折射率之差。

图5是表示图像取得装置的功能上的构成要素的框图。如该图所示，图像取得装置M具备具有CPU、存储器、通信接口、硬盘这样的储存部、键盘等操作部31、监视器32等的计算机系统，作为控制部33的功能上的构成要素，具备焦点控制部34、区域控制部35、物镜控制部36、载台控制部37(扫描控制机构)、图像生成部38、以及虚拟微观图像储存部39。

焦点控制部34是对由第2摄像装置20取得的第2图像进行解析，并基于该解决结果控制由第1摄像装置18进行的摄像的焦点位置的部分。更具体而言，焦点控制部34首先求得在第2摄像装置20中由第1摄像区域22A取得的图像对比度值与由第2摄像区域22B取得的图像图像对比度值的差分。

这里，如图6所示，在物镜15的焦点位置相对于试样S的表面匹配的情况下，由第1摄像区域22A取得的前焦点的图像对比度值与由第2摄像区域22B取得的后焦点的图像对比度值大体一致，它们的差分值大体为零。

另一方面，如图7所示，在直至试样S的表面的距离比物镜15的焦点距离长的情况下，与由第1摄像区域22A取得的前焦点的图像对比度值相比，由第2摄像区域22B取得的后焦点的图像对比度值大，它们的差分值为正。在该情况下，焦点控制部34对物镜控制部36输出将物镜15向接近于试样S的方向驱动的主旨的指示信息。

另外，如图8所示，在直至试样S的表面的距离比物镜15的焦点距离短的情况下，与由第1摄像区域22A取得的前焦点的图像对比度值相比，由第2摄像区域22B取得的后焦点的图像对比度值小，它们的差分值为负。在该情况下，焦点控制部34对物镜控制部36输出将物镜15向远离试样S的方向驱动的主旨的指示信息。

区域控制部35是控制第2摄像装置20的摄像面20a的第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置的部分。区域控制部35基于来自操作部31的操作，在预先设定的位置首先设定第1摄像区域22A，进行第1摄像区域22A的摄像之后，解除第1摄像区域22A的设定。接着，从第1摄像区域22A开始在Z方向(扫描方向)上具有规定的间隔地设定第2摄像区域22B，进行第2摄像区域22B的摄像之后，解除第2摄像区域22B的设定。

另外，区域控制部35能够基于来自操作部31的操作，沿着摄像面20a的面内的扫描方向(这里是Z方向)变更第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置的至少一者。在该情况下，也可以变更仅第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置的任一者，也可以变更第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置两者。另外，还可以照原样地维持第1摄像区域22A与第2摄像区域22B之间的间隔d而变更第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置两者。

通过变更第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置，从而在使用例如图4所示的棱柱状的光路差生成构件21A的情况下，能够使入射到第1摄像区域22A的第2光像所通过的光路差生成构件21A的厚度t1、以及入射到第2摄像区域22B的第2光像所通过的光路差生成构件21A的厚度t2发生变化。由此，能够改变前焦点和后焦点的间隔，并调整求出对比度值的差分时的分辨率。

物镜控制部36是控制物镜15的驱动的部分。当物镜控制部36接收从焦点控制部34输出的指示信息时，遵照指示信息的内容，在Z方向上驱动物镜15。由此，调整物镜15相对于试样S的焦点距离。

再有，物镜控制部36在由焦点控制部34进行的焦点位置的解析中不进行物镜15的驱动，而且，直至下一个焦点位置的解析开始前，沿着Z方向仅在一个方向驱动物镜15。图9是表示物镜与载台1的距离相对于载台的扫描时间的关系的图。如该图所示，在试样S的扫描中，焦点位置的解析期间A与基于解析结果的物镜驱动期间B交替产生。通过这样在焦点位置的解析中不使物镜15与试样S的位置关系发生变化，从而能够保证焦点位置的解析精度。

载台控制部37是控制载台1的驱动的部分。更具体而言，载台控制部37基于来自操作部31的操作，以规定的速度扫描载置有试样S的载台1。通过该载台1的扫描，第1摄像装置18和第2摄像装置20的试样S的摄像视野相对地依次移动。载台1的扫描方向如图10(a)所示可以是在一个分割区域40的扫描结束时将载台1的位置返回至扫描开始位置后在同一方向上扫描下一个分割区域40的单向扫描，如图10(b)所示也可以是在一个分割区域40的扫描结束后使载台1在与扫描方向正交的方向上移动并在相反方向扫上描下一个分割区域40的双向扫描。如此，载台控制部37沿着分割区域40扫描由第1摄像装置18和第2摄像装置进行的试样S的摄像区域(摄像位置)。

另外，图像取得之间的载台1的扫描速度是一定的，但是实际上扫描刚开始后由于载台1的振动等的影响而存在扫描速度不稳定的期间。因此，如图11所示，优选设定比分割区域40长的扫描宽度，载台1加速的加速期间C、直至载台1的扫描速度稳定化的稳定化期间D、以及载台1减速的减速期间F的各个在扫描分割区域40的更外侧时产生。由此，可以匹配载台1的扫描速度为一定的一定速度期间E来进行图像取得。再有，可以在稳定化期间D中开始摄像，并在图像取得后删除在稳定化期间D中所取得的数据部分。这样的方法在使用需要数据的查找的摄像装置的情况下是适合的。

图像生成部38是生成将所取得的图像合成并生成虚拟微观图像的部分。图像生成部38依次接收从第1摄像装置18输出的第1图像即各分割区域40的图像，并将它们合成来合成试样S的整体图像。然后，基于该合成图像制作比其低的分辨率的图像，使高分辨率的图像与低分辨率的图像产生关联并储存于虚拟微观图像储存部39。在虚拟微观图像储存部39中，也可以进一步也使由宏观图像取得装置M1取得的图像产生关联。虚拟微观图像可以作为1幅图像储存，也可以作为分割成多个后的图像储存。

接着，就图像取得装置M所具有的预聚焦功能进行说明。预聚焦功能是指在各分割区域40中试样最初出现的扫描位置(试样开始位置)，预先使物镜15移动到对焦位置(物镜15相对于试样S的表面的焦点匹配的位置)的附近的功能。在图像取得装置M中，焦点控制部34实行预聚焦处理。

焦点控制部34在各分割区域40的试样开始位置实行预聚焦处理。在图12中，表示各分割区域40的试样开始位置P(由矩形表示的区域)。图12(a)和图12(b)分别表示在图10(a)和图10(b)所示的扫描方向上扫描的情况下的各分割区域40的试样开始位置P。

焦点控制部34基于例如宏观图像取得装置M1所取得的宏观图像来指定试样开始位置P。具体而言，通过使用规定的阈值对由宏观图像取得装置M1取得的宏观图像进行二值化，并使用规定的程序的自动设定或者操作者对于监视器32所显示的宏观图像的手动设定，从宏观图像提取试样所存在的范围(存在区域)。焦点控制部34通过指定从宏观图像提取的试样S的存在区域与各分割区域40重叠的区域来指定各分割区域40的试样开始位置P。

焦点控制部34就载台控制部37最初扫描的分割区域40(第1分割区域40)的试样开始位置P实行与第2以后的分割区域40不同的特殊的预聚焦处理。例如焦点控制部34一边使物镜15的Z方向的位置变化一边测量各位置中从第1摄像装置18输出的第1图像的对比度值，指定上述对比度值为最大的位置(对焦位置)，并使物镜15移动到对焦位置。

焦点控制部34在载台控制部37扫描分割区域40时进行上述的焦点位置的控制，并且取得并存储物镜15相对于载台1的高度作为由第1摄像装置18进行的摄像的焦点位置的控制结果(以下简记为“焦点控制结果”)。焦点控制部34例如通过取得由物镜15所具备的电机等实时测量的物镜15的高度(Z方向的位置)，从而取得焦点控制结果。另外，焦点控制部34将所取得的焦点控制结果存储于例如图像取得装置M所具备的存储器和硬盘等存储装置。

图13是表示焦点控制部34所存储的焦点控制结果的例子的图。在图13(a)中，将焦点控制部34存储焦点控制结果的位置(例如摄像视野的中央位置)对每个分割区域40用不同的记号表示。在图13(b)中，如将在图13(a)的各存储位置焦点控制部34所存储的焦点控制结果(物镜15相对于载台1的相对高度)沿着摄像方向表示在所描绘的图即图13(b)那样，通过在每个分割区域40存储多个焦点控制结果，能够大体地把握每个分割区域40的试样S的表面的形状(厚度)。

焦点控制部34基于在扫描第n(n为1以上的整数)以前的分割区域40时所存储的焦点控制结果，决定第(n+1)分割区域40的试样开始位置P的由第1摄像位置18进行的摄像的焦点位置(初始焦点位置)。例如，焦点控制部34基于这些焦点控制结果的平均值、中间值、由利用最小二乘法的计算等求得的平面来决定第(n+1)分割区域40的初始焦点位置。其后，焦点控制部34在第(n+1)分割区域40的试样开始位置P对物镜控制部36输出将物镜15驱动到所决定的初始焦点位置的主旨的指示信息。

作为一个例子，就通过由最小二乘法求得的平面来决定第(n+1)分割区域40的初始焦点位置的方法进行说明。例如，在图13中，当令摄像方向为X方向且令在载台上与X方向正交的方向为Y方向时，焦点控制部34通过使用扫描第n以前的分割区域40时所存储的多个焦点控制结果进行利用最小二乘法的计算，能够求出指定平面上的XYZ坐标(x、y、z)的式“z＝a+b×x+c×y(a、b和c为规定的参数)”。由此，当第(n+1)分割区域的试样开始位置P的XY坐标由(xp、yp)表示时，第(n+1)分割区域的初始焦点位置(物镜15的Z方向的位置)zp能够通过上式作为“z＝a+b×xp+c×yp”来求得。

这里，焦点控制部34在由上述那样的方法决定第(n+1)分割区域40的初始焦点位置时，可以使用第n以前的分割区域40的扫描时所取得的全部焦点控制结果，但是也可以如以下所述选择所使用的焦点控制结果。

例如，焦点控制部34可以基于在邻接于第(n+1)分割区域40的分割区域40存储的焦点控制结果决定第(n+1)分割区域40的初始焦点位置。通常，推定相邻接的分割区域40彼此的试样S的厚度是连续的，因而通过使用相邻接的分割区域40的焦点控制结果，能够期待能够精度更高地决定初始焦点位置。另外，焦点控制部34可以基于在第n以前的多个分割区域40存储的焦点控制结果决定第(n+1)分割区域40的初始焦点位置。由此，通过使用多个分割区域的焦点控制结果，能够期待能够精度更高地决定初始焦点位置。

但是，根据试样S的种类、厚度、形状等，也会有使用在相邻接的分割区域40的扫描时存储的焦点控制结果的做法不是有效的情况(例如，试样S的表面有连续微细的凹凸的情况等)。在这样的情况下，根据试样S的种类等，可以使用不是邻接于第(n+1)分割区域40的分割区域40而是位于与第(n+1)分割区域40隔开规定间隔的位置的分割区域40存储的焦点控制结果。

关于选择第(n+1)分割区域40的初始焦点位置的决定所使用的焦点控制结果的方法，例如通过在图像取得装置M将根据试样S的种类的选择方法预先作为设定信息来保持，操作者经由监视器32选择试样S的种类而可以进行变更。由此，根据试样S的种类等，可以适当地选择第(n+1)分割区域40的初始焦点位置。

另外，焦点控制部34存储焦点控制结果的时刻可以是预先确定的规定距离间隔或者规定时间间隔，但是焦点控制部34优选在载台控制部37基于宏观图像来扫描试样S的存在区域的期间中存储焦点控制结果。由此，能够排除试样不存在的区域的焦点控制结果，能够精度更高地决定初始焦点位置。这里，通过指定从宏观图像提取的试样S的存储区域与各分割区域40重叠的区域，能够指定试样S的存在区域。

另外，焦点控制部34优选存储物镜15位于对焦位置的附近时的焦点控制结果。即，焦点控制部34优选存储由第1摄像区域22A取得的图像(前焦点)的对比度值与由第2摄像区域22B取得的图像的对比度值的差分的绝对值为规定值以下的扫描位置的焦点控制结果。由此，能够选择并存储对焦位置的附近的焦点控制结果，能够精度更高地决定初始焦点位置。再有，焦点控制部34基于解析由第1摄像装置18摄像的第1图像的对比度值的结果，来存储对比度值为规定值以上的扫描位置的焦点控制结果，也可以得到同样的效果。

另外，如图14所示，载台控制部37可以基于宏观图像以试样S所占的区域最大的分割区域40为第1分割区域来扫描。这里，在各分割区域40试样S所占的区域(面积)能够通过指定从宏观图像提取的试样S的存在区域与各分割区域40重叠的区域来算出，通过比较由各分割区域40算出的面积，从而能够指定试样S所占的区域最大的分割区域40。

在图14所示的例子，载台控制部37从试样S所占区域最大的分割区域40向载台1的一端扫描各分割区域40(第1～第4)。其后，载台控制部37从在载台1的另一端侧与第1扫描的分割区域邻接的分割区域40，向载台1的另一端扫描各分割区域40(第5～第n)。通过以这样顺序扫描试样S，从而能够在第1分割区域40的扫描时存储与从其他分割区域40开始扫描的情况相比较更多的焦点控制结果。由此，能够精度更高地决定扫描以后的分割区域40时的初始焦点位置。再有，在通过试样S的形状为图14所示的大致椭圆形等，能够期待试样开始位置P在摄像方向上位于最跟前的分割区域40与试样S所占面积最大的分割区域40一致的情况下，载台控制部37可以以试样开始位置P在摄像方向上位于最跟前的分割区域40为第1分割区域40来扫描。在该情况下，不需要进行各分割区域40中的试样S所占的面积的算出和比较。

接着，就上述的图像取得装置M的动作进行说明。

图15是图像取得装置M的动作的流程图。如该图所示，在图像取得装置M中，首先进行由宏观图像取得装置M1进行的试样S的宏观图像的取得(步骤S1)。所取得的宏观图像例如使用规定的阈值被二值化后，由监视器32显示，并通过使用规定的程序的自动设定或者操作者的手动设定，设定从宏观图像中取得微观图像的范围(步骤S2)。

接着，开始载台1的扫描，并进行由微观图像取得装置M2进行的试样S的每个分割区域40的微观图像的取得(步骤S3)。关于步骤S3中的从第n分割区域的扫描开始到第(n+1)分割区域的扫描的处理，使用图16进行说明。首先，开始载台1的扫描。在第1摄像装置18的微观图像的取得时，在第2摄像装置20中通过第1摄像区域22A和第2摄像区域22B基于前焦点的对比度值与后焦点的对比度值的差分来解析物镜15相对于试样S的偏移方向，实时地实行物镜15的位置的调整。与此同时，存储扫描分割区域40时的焦点控制结果(步骤S31)。

接着，基于在扫描第n(n的初始值为1)以前的分割区域40时存储的焦点控制结果，决定扫描第(n+1)分割区域40时的初始焦点位置(步骤S32)。其后，移动物镜15的位置到所决定的初始焦点位置(步骤S33)，并就第(n+1)分割区域40进行与步骤S31同样的处理(步骤S34)。对于全部分割区域40结束微观图像的取得后，所取得的微观图像进行合成，生成虚拟微观图像(步骤S4)。

如以上说明所述，在图像取得装置M中，在扫描分割区域40时存储焦点位置的控制结果，并基于在扫描第n(n为1以上的整数)以前的分割区域40时存储的控制结果决定扫描第(n+1)分割区域时的初始焦点位置。通过这样的方法，在该图像取得装置M中，可以利用已经结束扫描的分割区域40的焦点控制结果来大体求出接着扫描的分割区域的初始焦点位置。由此，通过预聚焦的简易化，能够抑制摄像所需要的处理时间的增大。

在上述的实施方式中，例示了生成虚拟微观图像的装置，但是本发明所涉及的图像取得装置只要是通过载台等一边以规定的速度扫描试样一边取得图像的装置，便能够适用于各种装置。

Claims (12)

1.一种图像取得装置，其特征在于，

具备：

载台，其载置有试样；

光源，其朝向所述试样照射光；

导光光学系统，其包含将所述试样的光像向图像取得用的第1光路和焦点控制用的第2光路分支的光分支机构；

第1摄像机构，其取得由向所述第1光路分支的第1光像得到的第1图像；

第2摄像机构，其取得由向所述第2光路分支的第2光像得到的第2图像；

扫描控制机构，其沿着预先确定的多个分割区域扫描由所述第1摄像机构和所述第2摄像机构进行的所述试样的摄像的位置；以及

焦点控制机构，其解析所述第2图像，并基于解析所述第2图像而得到的解析结果控制由所述第1摄像机构进行的摄像的焦点位置，

所述焦点控制机构在所述扫描控制机构扫描所述分割区域时存储所述焦点位置的控制结果，并基于在所述扫描控制机构扫描第n个以前已扫描的分割区域时存储的所述控制结果，来决定所述扫描控制机构扫描第n+1个被扫描的分割区域时的初始焦点位置，其中，n为1以上的整数。

2.如权利要求1所述的图像取得装置，其特征在于，

所述焦点控制机构基于所述扫描控制机构在扫描邻接于第n+1个被扫描的分割区域的分割区域时存储的所述控制结果来决定所述扫描控制机构扫描第n+1个被扫描的分割区域时的初始焦点位置。

3.如权利要求1所述的图像取得装置，其特征在于，

所述焦点控制机构基于所述扫描控制机构在扫描第n个以前已扫描的多个分割区域时存储的所述控制结果来决定所述扫描控制机构扫描第n+1个被扫描的分割区域时的初始焦点位置。

4.如权利要求1～3中的任一项所述的图像取得装置，其特征在于，

还具备：

区域控制机构，其在所述第2摄像机构的摄像面，设定取得所述第2光像的一部分图像的第1摄像区域和第2摄像区域；以及

光路差生成构件，其配置在所述第2光路，并使所述第2光像沿着所述摄像面的面内方向产生光路差，

所述焦点控制机构在由所述第1摄像区域取得的图像的对比度值与由所述第2摄像区域取得的图像的对比度值的差的绝对值为规定值以下的扫描位置存储所述焦点位置的控制结果。

5.如权利要求1～3中的任一项所述的图像取得装置，其特征在于，

还具备取得包含所述试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，

所述焦点控制机构在所述扫描控制机构基于所述宏观图像扫描所述试样的存在区域的期间中存储所述焦点位置的控制结果。

6.如权利要求1～3中的任一项所述的图像取得装置，其特征在于，

还具备取得包含所述试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，

所述扫描控制机构基于所述宏观图像以所述试样所占的区域成为最大的分割区域为第1分割区域来进行扫描。

7.一种图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，

所述图像取得装置具备：

载台，其载置有试样；

光源，其朝向所述试样照射光；

导光光学系统，其包含将所述试样的光像向图像取得用的第1光路和焦点控制用的第2光路分支的光分支机构；

第1摄像机构，其取得由向所述第1光路分支的第1光像得到的第1图像；

第2摄像机构，其取得由向所述第2光路分支的第2光像得到的第2图像；

扫描控制机构，其沿着预先确定的多个分割区域扫描由所述第1摄像机构和所述第2摄像机构进行的所述试样的摄像的位置；以及

焦点控制机构，其解析所述第2图像，并基于解析所述第2图像而得到的解析结果控制由所述第1摄像机构进行的摄像的焦点位置，

存储所述扫描控制机构扫描所述分割区域时的所述焦点位置的控制结果，

基于在所述扫描控制机构扫描第n个以前已扫描的分割区域时存储的所述控制结果来决定所述扫描控制机构扫描第n+1个被扫描的分割区域时的初始焦点位置，其中，n为1以上的整数。

8.如权利要求7所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，

基于所述扫描控制机构在扫描邻接于第n+1个被扫描的分割区域的分割区域时存储的所述控制结果来决定所述扫描控制机构扫描第n+1个被扫描的分割区域时的初始焦点位置。

9.如权利要求7所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，

基于所述扫描控制机构在扫描第n个以前已扫描的多个分割区域时存储的所述控制结果来决定所述扫描控制机构扫描第n+1个被扫描的分割区域时的初始焦点位置。

10.如权利要求7～9中的任一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，

所述图像取得装置还具备：

区域控制机构，其在所述第2摄像机构的摄像面，设定取得所述第2光像的一部分图像的第1摄像区域和第2摄像区域；以及

光路差生成构件，其配置在所述第2光路，并使所述第2光像沿着所述摄像面的面内方向产生光路差，

在由所述第1摄像区域取得的图像的对比度值与由所述第2摄像区域取得的图像的对比度值的差的绝对值为规定值以下的扫描位置存储所述焦点位置的控制结果。

11.如权利要求7～9中的任一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，

所述图像取得装置还具备取得包含所述试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，

在所述扫描控制机构基于所述宏观图像扫描所述试样的存在区域的期间中存储所述焦点位置的控制结果。

12.如权利要求7～9中的任一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，

所述图像取得装置还具备取得包含所述试样整体的宏观图像的宏观图像取得机构，

通过所述扫描控制机构，基于所述宏观图像以所述试样所占的区域成为最大的分割区域为第1分割区域来进行扫描。