CN104937469A - 图像取得装置以及图像取得装置的聚焦方法 - Google Patents

Abstract

图像取得装置(M)中，通过在第2光路(L2)上配置光程差生成构件(21)从而在第2摄像装置(20)上抑制了对焦点对准了入射到第1摄像装置(18)的光学图像之前的光学图像(前针)和焦点对准了入射到第1摄像装置(18)的光学图像之后的光学图像(后针)分别进行摄像的时候的光量，并且能够确保由第1摄像装置(18)进行摄像的时候的光量。另外，该图像取得装置(M)中，伴随着试样(S)的扫描方向的翻转而使摄像面(20a)上的第1摄像区域(22A)的位置和第2摄像区域(22B)的位置对于轴(P)来说翻转。因此，不论试样(S)的扫描方向如何，均能够以相同条件取得焦点位置的偏移方向。

Description

图像取得装置以及图像取得装置的聚焦方法

技术领域

本发明涉及被用于试样等的图像取得的图像取得装置以及其聚焦(focus)方法。

背景技术

作为图像取得装置，例如存在在预先将试样的摄像区域分割成多个区域并以高倍率对各个分割区域进行摄像之后将它们合成的虚拟(virtual)显微镜装置。在这样的虚拟显微镜中的图像取得中，一直以来，作为在取得生物样品等的试样的图像的时候的摄像条件，设定将试样的全部区域作为对象的焦点图(focus map)，进行基于焦点图的焦点控制并进行试样的图像取得。

对于焦点图的制作来说，首先，使用具备宏观光学系统(Macrooptical system)的图像取得装置，将试样全体作为宏观图像来进行取得。接着，使用所取得的宏观图像，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，相对于各个分割区域设定焦点取得位置。在焦点取得位置的设定之后，将试样移至具备微观光学系统的图像取得装置，取得在被设定的焦点取得位置上的焦点位置并根据这些焦点位置制作焦点图。

然而，在制作这样的焦点图的时候，存在处理需要时间等的问题。另外，如果抑制所取得的焦点的间隔或数目的话则处理所需要的时间被缩短，但是在该情况下会有聚焦精度降低等的问题。因此，取得焦点位置并取得试样的高倍率图像的动态聚焦的开发正在进行。该方式是根据焦点对准了入射到图像取得用的摄像装置的光学图像之前的光学图像(前针)与焦点对准了入射到图像取得用的摄像装置的光学图像之后的光学图像(后针)的光强度差或者对比度差，检测相对于当前的物镜的高度的焦点位置的偏移方向，并在取消偏移的方向上使物镜移动而取得图像的方式。

例如，在专利文献1所记载的显微镜系统中，设置有：第2摄像单元，对较第1摄像单元所摄像的区域更靠近跟前的区域进行摄像；自动对焦控制单元，根据由第2摄像单元进行摄像的图像，调整第1摄像单元的摄像位置上的物镜的对焦位置；时机控制构件，使分割区域对应于分割区域之间的距离和试样的移动速度而从第2摄像单元的摄像位置移动到第1摄像单元的摄像位置的时机与使由第2摄像单元进行摄像的分割区域的成像位置位于第1摄像单元的摄像面的时机相一致。另外，例如，在专利文献2、3所记载的显微镜装置中，使用玻璃构件来形成在焦点控制用的导光光学系统内的光路长差。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利申请公开2011-081211号公报

专利文献2：再公表专利WO2005/114287号公报

专利文献3：再公表专利WO2005/114293号公报

发明内容

发明所要解决的课题

在上述的专利文献1所记载的显微镜系统中，通过使用半反半透镜以及镜从而形成光程差光学系统，相对于第2摄像单元的2个摄像区域分别使光路长不同的光入射。在该现有的显微镜系统中，例如由线传感器来构成第1摄像单元以及第2摄像单元。相对于因为线传感器中曝光时间短所以为了取得鲜明的图像而使光量的确保成为重要，在该现有的显微镜系统中，因为由光程差光学系统使光分支所以会有光量的确保变得困难等的问题。

另外，在该现有的显微镜系统中，通过使光路分支单元的光学面倾斜，从而由第2摄像单元进行摄像的区域以相对于由第1摄像单元摄像的区域成为试样的扫描方向的跟前侧的方式进行调整，并且进行焦点位置的偏移方向的先行取得。然而，在这样的结构中，存在光学面难以调整等的问题。特别是在试样的扫描方向发生变化的情况下，有必要在扫描方向的变更的前后进行光学面的调整，从而恐怕调整操作成为烦杂的事。再有，因为由半反半透镜以及镜来构成光程差光学系统，所以还会有经光程差光学系统的光难以纳入第2摄像单元的摄像面等的问题。

本发明是为了解决上述课题而做出的发明，其目的在于，提供一种以简单的结构，不论试样的扫描方向如何，均能够以相同的条件取得焦点位置的偏移方向的图像取得装置以及其聚焦方法。

解决课题的技术手段

为了解决上述课题，本发明所涉及的图像取得装置，其特征在于，具备：工作台，载置试样；工作台控制单元，以规定的速度扫描工作台；光源，朝着试样照射光；导光光学系统，包含将试样的光学图像向图像取得用的第1光路以及焦点控制用的第2光路分支的光分支单元；第1摄像单元，取得由向第1光路分支的第1光学图像形成的第1图像；第2摄像单元，取得由向第2光路分支的第2光学图像形成的第2图像；焦点控制单元，解析第2图像并根据该解析结果控制由第1摄像单元进行的摄像的焦点位置；区域控制单元，在第2摄像单元的摄像面上设定取得第2光学图像的一部分图像的第1摄像区域以及第2摄像区域；光程差生成构件，被配置于第2光路并沿着摄像面的面内方向使光程差产生于第2光学图像；光程差生成构件以对于垂直于伴随着试样的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面的轴而言第2光学图像的光程差成为对称的方式被配置，区域控制单元伴随着试样的扫描方向的翻转而使摄像面上的第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置对于轴而言翻转。

在该图像取得装置中，通过在第2光路上配置光程差生成构件从而能够在第2摄像单元的第1摄像区域以及第2摄像区域分别对焦点对准了入射到第1摄像单元的光学图像之前的光学图像(前针)和焦点对准了入射到第1摄像单元的光学图像之后的光学图像(后针)进行摄像。在该图像取得装置中，因为不进行焦点控制用的第2光路上的光的分支而能够形成光路长差，所以抑制了为了获得焦点位置的信息而必要的向第2光路的光量，从而能够确保在由第1摄像单元进行摄像的时候的光量。另外，在该图像取得装置中，能够伴随着试样的扫描方向的翻转而使摄像面上的第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置对于摄像面的轴而言翻转。因此，不论试样的扫描方向如何，均能够以相同的条件取得焦点位置的偏移方向。

另外，优选，在摄像面上，与入射到第1摄像单元的第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域与摄像面的轴大致相一致。由此，即使是在试样的扫描方向发生翻转的情况下，也能够维持摄像面上的第1摄像区域、第2摄像区域以及与第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域的位置关系。

另外，摄像面的轴优选与垂直于伴随着试样的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面的中心轴大致相一致。在此情况下，能够可靠地进行伴随着试样的扫描方向的翻转的摄像面上的第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置的翻转。

另外，优选，光程差生成构件是以重叠于摄像面的至少一部分的方式配置的平板构件，区域控制单元以避开由平板构件的边缘部分形成的第2光学图像的影子的方式分别将第1摄像区域和第2摄像区域设定于重叠于平板构件的区域和不重叠于平板构件的区域。在此情况下，通过使用平板构件从而光程差生成构件的构成能够简单化。另外，平板构件的边缘部分因为形成第2摄像装置的摄像面上的第2光学图像的影子所以通过避开影子来设定第1摄像区域和第2摄像区域，从而能够保证焦点位置的控制精度。

另外，优选，光程差生成构件为具有厚度沿着摄像面的面内方向连续地变化的部分的构件，区域控制单元以重叠于光程差生成构件的厚度不同的部分的方式设定第1摄像区域和第2摄像区域。在此情况下，通过调整第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置，从而能够自如地调整前针和后针的间隔。由此，可以高精度地检测试样的焦点位置。

另外，优选具备与试样相对峙的物镜、以及根据由焦点控制单元进行的控制相对地控制相对于试样的物镜的位置的物镜控制单元，物镜控制单元在由焦点控制单元进行的焦点位置的解析执行中不进行物镜的驱动，在由焦点控制单元进行的焦点位置的解析非执行中使物镜相对于试样在一个方向上移动。在此情况下，通过在焦点位置的解析中不使物镜与试样之间的位置关系发生变化，从而能够保证焦点位置的解析精度。

另外，区域控制单元优选根据工作台的扫描速度和第1摄像区域与第2摄像区域之间的间隔来设定从第1摄像区域上的摄像到第2摄像区域上的摄像为止的等待时间。由此，因为来自试样的相同位置的光入射到第1摄像区域和第2摄像区域，所以能够高精度地实施焦点位置的控制。

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，所述图像取得装置具备：光源，朝着试样照射光；导光光学系统，包含将试样的光学图像向图像取得用的第1光路以及焦点控制用的第2光路分支的光分支单元；第1摄像单元，取得由向第1光路分支的第1光学图像形成的第1图像；第2摄像单元，取得由向第2光路分支的第2光学图像形成的第2图像；焦点控制单元，解析第2图像并根据该解析结果控制由第1摄像单元进行的摄像的焦点位置；在第2摄像单元的摄像面上设定取得第2光学图像的一部分图像的第1摄像区域以及第2摄像区域，以对于垂直于伴随着试样的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面的轴而言第2光学图像的光程差成为对称的方式将沿着摄像面的面内方向使光程差产生于第2光学图像的光程差生成构件配置于第2光路，由区域控制单元，伴随着试样的扫描方向的翻转而使摄像面上的第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置对于摄像面的轴而言翻转。

在该图像取得装置的聚焦方法中，通过将光程差生成构件配置于第2光路从而能够在第2摄像单元的第1摄像区域以及第2摄像区域分别对焦点对准了入射到第1摄像单元的光学图像之前的光学图像(前针)和焦点对准了入射到第1摄像单元的光学图像之后的光学图像(后针)进行摄像。在该聚焦方法中，因为不进行焦点控制用的第2光路上的光的分支而能够形成光路长差，所以抑制了为了获得焦点位置的信息而必要的向第2光路的光量，从而能够确保在由第1摄像单元进行摄像的时候的光量。另外，在该聚焦方法中，伴随着试样的扫描方向的翻转而使摄像面上的第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置对于轴而言翻转。因此，不论试样的扫描方向如何，均能够以相同的条件取得焦点位置的偏移方向。

另外，优选在摄像面上使与入射到第1摄像单元的第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域与摄像面的轴大致相一致。由此，即使是在试样的扫描方向发生翻转的情况下也能够维持摄像面上的第1摄像区域、第2摄像区域以及与第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域的位置关系。

优选使摄像面的轴与垂直于伴随着试样的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面的中心轴大致相一致。在此情况下，能够可靠地进行伴随着试样的扫描方向的翻转的摄像面上的第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置的翻转。

另外，作为光程差生成构件优选使用以重叠于摄像面的至少一部分的方式配置的平板构件，由区域控制单元以避开由平板构件的边缘部分形成的第2光学图像的影子的方式分别将第1摄像区域和第2摄像区域设定于重叠于平板构件的区域和不重叠于平板构件的区域。在此情况下，通过使用平板构件从而光程差生成构件的构成能够简单化。另外，平板构件的边缘部分因为形成第2摄像装置的摄像面上的第2光学图像的影子所以通过避开影子来设定第1摄像区域和第2摄像区域，从而能够保证焦点位置的控制精度。

另外，作为光程差生成构件优选使用具有厚度沿着摄像面的面内方向连续地变化的部分的构件，由区域控制单元以重叠于光程差生成构件的厚度不同的部分的方式设定第1摄像区域和第2摄像区域。在此情况下，通过调整第1摄像区域的位置和第2摄像区域的位置，从而能够自如地调整前针与后针之间的间隔。由此，可以高精度地检测试样的焦点位置。

另外，图像取得装置优选具备与试样相对峙的物镜、以及根据由焦点控制单元进行的控制相对地控制相对于试样的物镜位置的物镜控制单元，由物镜控制单元，在由焦点控制单元进行的焦点位置的解析执行中不进行物镜的驱动，在由焦点控制单元进行的焦点位置的解析非执行中使物镜相对于试样在一个方向上移动。通过在焦点位置的解析中不使物镜与试样的位置关系发生变化，从而能够保证焦点位置的解析精度。

另外，优选根据工作台的扫描速度和第1摄像区域与第2摄像区域之间的间隔，由区域控制单元，设定从第1摄像区域上的摄像到第2摄像区域上的摄像为止的等待时间。由此，因为来自试样的相同位置的光入射到第1摄像区域和第2摄像区域，所以能够高精度地实施焦点位置的控制。

发明的效果

根据本发明，能够以简单的结构对应于试样的扫描方向取得焦点位置的偏移方向。

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示意图。

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示意图。

图3是表示图像取得装置的功能性的结构要素的方块图。

图4是表示到达试样的表面的距离与物镜的焦点距离相一致的情况下的对比度值的解析结果的示意图。

图5是表示到达试样的表面的距离大于物镜的焦点距离的情况下的对比度值的解析结果的示意图。

图6是表示到达试样的表面的距离小于物镜的焦点距离的情况下的对比度值的解析结果的示意图。

图7是表示光程差生成构件以及第2摄像装置的一个例子(正向)的示意图。

图8是表示光程差生成构件以及第2摄像装置的一个例子(反向)的示意图。

图9是表示光程差生成构件以及第2摄像装置的其他的例子(正向)的示意图。

图10是表示光程差生成构件以及第2摄像装置的其他的例子(反向)的示意图。

图11是表示光程差生成构件的变形例的示意图。

图12是表示相对于工作台的扫描时间的物镜与试样的表面的距离的关系的示意图。

图13是表示由工作台控制部进行的工作台的扫描方向的控制的示意图。

图14是表示由工作台控制部进行的工作台的扫描速度的控制的示意图。

图15是表示图像取得装置的动作的流程图。

具体实施方式

以下，一边参照附图一边对本发明所涉及的图像取得装置以及图像取得装置的聚焦方法的优选的实施方式进行详细的说明。

图1是表示构成本发明所涉及的图像取得装置的宏观(macro)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(micro)图像取得装置的一个实施方式的图。如图1以及图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所构成。图像取得装置M是通过相对于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13)并且由微观图像取得装置M2以高倍率取得各个分割区域40并合成，从而生成虚拟(virtual)微观图像的装置。

宏观图像取得装置M1如图1所示具备载置试样S的工作台1。工作台1是例如由步进马达(脉冲马达)或者压电致动器等的马达或致动器而在水平方向上进行驱动的XY工作台。由图像取得装置M进行观察的试样S是例如细胞等的生物样品，以被密封于载玻片的状态被载置于工作台1。通过在XY面内驱动该工作台1从而能够使相对于试样S的摄像位置移动。

工作台1能够在宏观图像取得装置M1与微观图像取得装置M2之间往复，并且具有在两个装置之间搬送试样S的功能。还有，对于宏观图像取得来说，可以由1次的摄像来取得试样S的全体图像，也可以分割成多个区域来对试样S进行摄像。另外，工作台1也可以分别被设置于宏观图像取得装置M1以及微观图像取得装置M2的双方。

在工作台1的底面侧，配置有朝着试样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也可以以朝着试样S斜地照射光的方式被配置。另外，在工作台1的上面侧，设置对来自试样S的光学图像进行导光的导光光学系统4、对试样S的光学图像进行摄像的摄像装置5。导光光学系统4具有使来自试样S的光学图像成像于摄像装置5的摄像面的成像透镜6。另外，摄像装置5例如是能够取得二维图像的区域传感器。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的光学图像的整体图像，并存储于后面所述的虚拟微观图像存储部39。

微观图像取得装置M2如图2所示在工作台1的底面侧具有与宏观图像取得装置M1相同的光源12以及聚光透镜13。另外，在工作台1的上面侧配置有对来自试样S的光学图像进行导光的导光光学系统14。对于使来自光源12的光照射于试样S的光学系统来说可以采用用于将激发光照射于试样S的激发光照射光学系统或用于取得试样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相对峙地配置的物镜15、被配置于物镜15的后段的分束器(光分支单元)16。在物镜15设置有在垂直于工作台1的载置面的Z方向上驱动物镜15的步进马达(脉冲马达)或者压电致动器等的马达或致动器。通过由这些驱动单元来改变物镜15的Z方向的位置，从而能够调整试样S的图像取得中的摄像的焦点位置。还有，焦点位置的调整可以改变工作台1的Z方向的位置，也可以改变物镜15以及工作台1的双方的Z方向的位置。

分束器16是将试样S的光学图像向图像取得用的第1光路L1和焦点控制用的第2光路L2分支的部分。该分束器16以相对于来自光源12的光轴成大约45度的角度被配置，在图2中，通过分束器16的光路成为第1光路L1，在分束器16反射的光路成为第2光路。

在第1光路L1配置有使通过了分束器16的试样S的光学图像(第1光学图像)成像的成像透镜17、将摄像面配置于成像透镜17的成像位置的第1摄像装置(第1摄像单元)18。第1摄像装置18是能够取得由试样S的第1光学图像形成的一维图像(第1图像)的装置，例如可以使用能够TDI(Time Delay Integration(时间延迟积分))驱动的二维CCD传感器。第1摄像装置18例如成为组合传输方向不同的2个TDI传感器的结构，具有多段的受光列的受光部彼此位于摄像面的中央侧。还有，第1摄像装置18也可以是线传感器。

另外，如果是一边以一定的速度控制工作台1一边按顺序取得试样S的图像的方式的话则第1摄像装置18也可以是CMOS传感器或CCD传感器等的能够取得二维图像的装置。由第1摄像装置18进行摄像的第1图像在按顺序被保存于区域缓冲器等的暂时保存存储器之后被压缩并被输出至后面所述的图像生成部38。

另一方面，在第2光路L2配置有缩小在分束器16反射的试样S的光学图像(第2光学图像)的视野调整透镜19、第2摄像装置(第2摄像单元)20。另外，在第2摄像装置20的前段配置使光程差产生于第2光学图像的光程差生成构件21。视野调整透镜19优选以第2光学图像以与第1光学图像相同程度的大小成像于第2摄像装置20的方式进行构成。

第2摄像装置20是能够取得由试样S的第2光学图像形成的二维图像(第2图像)的装置，例如可以使用CMOS(Complementary MetalOxide Semiconductor(互补金属氧化物半导体))或CCD(ChargeCoupled Device(电荷耦合元件))等的传感器。另外，也可以使用线传感器。

第2摄像装置20的摄像面20a以与垂直于第2光路L2的XZ面大致相一致的方式进行配置。第2光学图像被投影到摄像面20a。第2光学图像在试样S由工作台1而以正向被扫描的情况下将摄像面20a在+Z方向上移动，在试样S以反向被扫描的情况下将摄像面20a在-Z方向上移动。在该摄像面20a设定有取得第2光学图像的一部分图像的第1摄像区域22A以及第2摄像区域22B(例如参照图7)。第1摄像区域22A以及第2摄像区域22B被设定为相对于伴随着试样S的扫描的摄像面20a上的第2光学图像的移动方向(扫描方向：Z方向)成为垂直的方向。另外，第1摄像区域22A和第2摄像区域22B具有规定的间隔而被设定，均以线状取得第2光学图像的一部分。由此，能够将与由第1摄像装置18取得的试样S的第1光学图像相同的区域的光学图像作为第2光学图像而在第1摄像区域22A以及第2摄像区域22B进行取得。

由此，在第2摄像装置20中，能够根据第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置来取得焦点对准了入射到第1摄像装置18的第1光学图像之前的光学图像(前针)、以及焦点对准了入射到第1摄像装置18的第1光学图像之后的光学图像(后针)。前针与后针之间的聚焦差依赖于入射到第1摄像区域22A的第2光学图像所通过的光程差生成构件21的厚度以及折射率与入射到第2摄像区域22B的第2光学图像所通过的光程差生成构件21的厚度以及折射率之差。

光程差生成构件21是沿着摄像面20a的面内方向使光程差产生于第2光学图像的玻璃构件。光程差生成构件21以对于垂直于伴随着试样S的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面20a的轴P来说第2光学图像的光程差成为对称的方式被配置。另外，光程差生成构件21优选以与第2摄像装置20相对的面成为与第2摄像装置的摄像面(受光面)20a相平行的方式进行配置。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，并且能够确保在第2摄像装置20进行受光的光量。关于光程差生成构件21的形状、以及摄像面20a上的第1摄像区域22A和第2摄像区域22B的配置的例子，在后面进行叙述。

图3是表示图像取得装置的功能性的结构要素的方块图。如同图所示，图像取得装置M具备包括CPU、存储器、通信接口、硬盘等的存储部、键盘等的操作部31、监视器32等的计算机系统，作为控制部33的功能性的构成要素，具备焦点控制部34、区域控制部35、物镜控制部36、工作台控制部37、图像生成部38、以及虚拟微观图像存储部39。

焦点控制部34是解析在第2摄像装置20取得的第2图像并根据该解析结果控制由第1摄像装置18进行的摄像的焦点位置的部分。更加具体来说，焦点控制部34首先在第2摄像装置20中求得在第1摄像区域22A中取得的图像的对比度值与在第2摄像区域22B中取得的图像的对比度值之差分。

在此，如图4所示，在相对于试样S的表面对准物镜15的焦点位置的情况下，在第1摄像区域22A中取得的前针的图像对比度值与在第2摄像区域22B中取得的后针的图像对比度值大致相一致，它们的差分值基本上成为零。

另一方面，如图5所示，在到达试样S的表面的距离大于物镜15的焦点距离的情况下，在第2摄像区域22B中取得的后针的图像对比度值大于在第1摄像区域22A中取得的前针的图像对比度值，并且它们的差分值成为正值。在此情况下，焦点控制部34相对于物镜控制部36输出在接近于试样S的方向上驱动物镜15的指示信息。

另外，如图6所示，在到达试样S的表面的距离小于物镜15的焦点距离的情况下，在第2摄像区域22B中取得的后针的图像对比度值小于在第1摄像区域22A中取得的前针的图像对比度值，并且它们的差分值成为负值。在此情况下，焦点控制部34相对于物镜控制部36输出在远离于试样S的方向上驱动物镜15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上的第1摄像区域22A的位置以及第2摄像区域22B的位置的部分。区域控制部35根据来自操作部31的操作，首先将第1摄像区域22A设定于被预先设定的位置，在进行了第1摄像区域22A中的摄像之后，解除第1摄像区域22A的设定。接着，从第1摄像区域22A在Z方向上具有规定的间隔来设定第2摄像区域22B，在进行了第2摄像区域22B中的摄像之后，解除第2摄像区域22B的设定。

此时，从第1摄像区域22A中的摄像到第2摄像区域22B中的摄像为止的等待时间W根据第1摄像区域22A与第2摄像区域22B之间的间隔d和工作台1的扫描速度v来进行设定。例如，如果将等待时间W作为从第1摄像区域22A中的摄像开始到第2摄像区域22B中的摄像开始的时间W1的话则可以考虑第1摄像区域22A中的摄像的曝光时间el、自解除第1摄像区域22A的设定起至设定第2摄像区域22B为止的时间st并以W1＝d/v-el-st进行求取。

另外，如果将等待时间W作为从第1摄像区域22A中的摄像结束到第2摄像区域22B中的摄像开始为止的等待时间W2的话则可以考虑自解除第1摄像区域22A的设定起至设定第2摄像区域22B为止的时间st并以W2＝d/v-st进行求取。另外，第1摄像区域22A与第2摄像区域22B之间的间隔d根据由光程差生成构件21产生的光路长差来进行设定。但是，该间隔d实际上对应于试样S的载片上的距离，从而有必要最终将间隔d转换成第2摄像区域22B的像素数。在将第2摄像装置20的像素尺寸设为AFpsz并将倍率设为AFmag的情况下，对应于间隔d的像素数dpix由dpix＝d÷(AFpsz/AFmag)来求得。

另外，区域控制部35伴随着试样S的扫描方向的翻转而以相对于摄像面20a的轴P成为线对称的方式使摄像面20a上的第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置翻转。该设定对应于光程差生成构件21的形状·配置而适当执行。例如，在图7以及图8所示的例子中，由平板形状的玻璃构件形成的光程差生成构件21A以与摄像面20a的轴P相一致的方式被配置。与入射到第1摄像装置18的第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域22C以与摄像面20a的轴P相一致的方式进行定位。还有，在本方式中，摄像面20a的轴P成为与垂直于伴随着试样S的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面20a的中心轴相一致的状态。

然后，如图7所示，在试样S以正向(+Z方向)被扫描的情况下，在摄像面20a的上半部分区域，第1摄像区域22A被设定于不与光程差生成构件21A相重叠的区域，第2摄像区域22B被设定于与光程差生成构件21A相重叠的区域。另外，如图8所示，在试样S以反向(-Z方向)被扫描的情况下，在摄像面20a的下半部分区域，第1摄像区域22A被设定于不与光程差生成构件21A相重叠的区域，第2摄像区域22B被设定于与光程差生成构件21A相重叠的区域。

还有，光程差生成构件21A的边缘部分E恐怕会形成摄像面20a上的第2光学图像的影子23。因此，优选使第1摄像区域22A与第2摄像区域22B之间的间隔d宽于影子23的宽度，并且在避开了影子23的位置上设定第1摄像区域22A和第2摄像区域22B。

另外，在图9以及图10所表示的例子中，由厚度朝着Z方向的中心连续地变化的棱镜状的玻璃构件构成的光程差生成构件21B以与摄像面20a的轴P相一致的方式被配置。光程差生成构件21B的厚度的变化以摄像面的轴P为中心而成为对称，并且沿着Z方向从增加向减小切换。与入射到第1摄像装置18的第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域22C以与摄像面20a上的Z方向的中心相一致的方式进行定位。还有，在本方式中，摄像面20a的轴P也成为与垂直于伴随着试样S的扫描的第2光学图像的移动方向的摄像面20a的中心轴相一致的状态。

然后，如图9所示，在试样S以正向(+Z方向)被扫描的情况下，在摄像面20a的上半部分区域，第1摄像区域22A以成为上侧的方式被设定，第2摄像区域22B以成为下侧的方式被设定。另外，如图10所示，在试样S以反向(-Z方向)被扫描的情况下，在摄像面20a的下半部分区域，第1摄像区域22A以成为下侧的方式被设定，第2摄像区域22B以成为上侧的方式被设定。

此外，作为光程差生成构件21例如如图11(a)所示可以使用Z方向的中央部分具有一定的厚度并且厚度随着Z方向的两端部朝向外侧而减小的光程差生成构件21C，例如如图11(b)所示也可以以厚度从摄像面20a的Z方向的两端部侧朝向中央侧减小的方式配置由成为截面直角三角形的棱镜状的2个玻璃构件构成的光程差生成构件21D。

还有，在摄像面20a上，设定与入射到第1摄像装置18的第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域22C的位置，在此情况下，首先，以固定相对于工作台1的物镜15的距离并且校正载片的十字线位于第1摄像装置18的视野的中心的方式调整工作台1的位置。接着，以校正载片的十字线进入到第2摄像装置20的视野的方式调整第2摄像装置20的后焦点。最后，以校正载片的十字线来到第2摄像装置20的摄像面20a的所希望的位置的方式调整第2摄像装置20的面内方向的位置。

物镜控制部36是控制物镜15的驱动的部分。物镜控制部36如果接收到从焦点控制部34输出的指示信息则按照指示信息的内容在Z方向上驱动物镜15。由此，能够调整相对于试样S的物镜15的焦点位置。

还有，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，另外，直至下一次焦点位置的解析开始为止，沿着Z方向仅在一个方向上驱动物镜15。图12是表示相对于工作台的扫描时间的物镜与试样的表面的距离的关系的示意图。如同图所示，在试样S的扫描中，交替地产生焦点位置的解析期间A、基于解析结果的物镜驱动期间B。这样，通过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。

工作台控制部37是控制工作台1的驱动的部分。更加具体来说，工作台控制部37根据来自操作部31的操作，以规定的速度扫描试样S被载置了的工作台1。第1摄像装置18以及第2摄像装置20上的试样S的摄像视野根据该工作台1的扫描而按顺序相对地进行移动。工作台1的扫描方向为例如如图13所示在一个分割区域40的扫描结束之后在与扫描方向相垂直的方向上使工作台1移动并在相反方向上扫描下一个分割区域40的双方向扫描。

另外，图像取得之间的工作台1的扫描速度为一定，但是实际上在扫描刚开始后由于工作台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14所示，设定长于分割区域40的扫描宽度，并且工作台1进行加速的加速期间C、到工作台1的扫描速度稳定化为止的稳定化期间D、以及工作台1进行减速的减速期间F分别优选在扫描较分割区域40更外侧的时候产生。由此，可以配合工作台1的扫描速度成为一定的一定速度期间E来进行图像取得。还有，也可以在稳定化期间D中开始摄像并在图像取得之后删除在稳定化期间D中取得的数据部分。这样的方法适合于使用数据的背诵为必要的摄像装置的情况。

图像生成部38是合成所取得的图像并生成虚拟微观图像的部分。图像生成部38按顺序接收从第1摄像装置18输出的第1图像、即各个分割区域40的图像，将它们合成而合成试样S的整体的图像。然后，根据该合成图像制作分辨率低于其的图像，使高分辨率的图像与低分辨率的图像发生关联并存储于虚拟微观图像存储部39。在虚拟微观图像存储部39中，由宏观图像取得装置M1取得的图像也可以进一步发生关联。虚拟微观图像可以作为一枚图像进行存储，也可以作为被分割成多个的图像进行存储。

接着，对上述的图像取得装置M的动作进行说明。

图15是表示图像取得装置M的动作的流程图。如同图所示，在图像取得装置M中，首先，由宏观图像取得装置M1取得试样S的宏观图像(步骤S01)。取得的宏观图像例如在使用规定的阈值来进行二值化之后被显示在监视器32，由使用了规定的程序的自动设定或者由操作人员进行的手动设定，从宏观图像中设定取得微观图像的范围(步骤S02)。

接着，试样S被移送到微观图像取得装置M2侧，进行焦点取得条件的设定(步骤S03)。在此，如上所述，根据工作台1的扫描速度v、第1摄像区域22A与第2摄像区域22B之间的间隔d，设定直至第2摄像区域22B中的摄像被开始为止的等待时间W。更加优选考虑第1摄像区域22A中的摄像的曝光时间el、以及自解除第1摄像区域22A的设定起至设定第2摄像区域22B为止的时间st等。

在设定了焦点取得条件之后，开始工作台1的扫描，由微观图像取得装置M2取得试样S的每个分割区域40的微观图像(步骤S04)。在第1摄像装置18中的微观图像的取得的时候，第2摄像装置20中由第1摄像区域22A以及第2摄像区域22B并根据前针的对比度值与后针的对比度值之差分来解析相对于试样S的物镜15的偏移方向，物镜15的位置的调整被实时(real time)地执行。对于所有的分割区域40结束了微观图像的取得之后，合成所取得的微观图像并生成虚拟微观图像(步骤S05)。

如以上所说明的那样，在该图像取得装置M中，通过将光程差生成构件21配置于第2光路L2，从而能够在第2摄像装置20的第1摄像区域22A以及第2摄像区域22B分别对焦点对准了入射到第1摄像装置18的光学图像之前的光学图像(前针)、以及焦点对准了入射到第1摄像装置18的第1光学图像之后的光学图像(后针)进行摄像。在该图像取得装置M中，因为不进行焦点控制用的第2光路L2上的光的分支而能够形成光路长差，所以能够抑制为了获得焦点位置的信息而必要的向第2光路L2的光量并且能够充分地确保由第1摄像装置18进行摄像的时候的光量。另外，在该图像取得装置M中，伴随着试样S的扫描方向的翻转而以相对于轴P成为线对称的方式使摄像面20a上的第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置翻转。因此，不论试样的扫描方向如何，均能够以相同的条件取得焦点位置的偏移方向。

另外，在该图像取得装置M中，根据工作台的扫描速度v、第1摄像区域22A与第2摄像区域22B之间的间隔d，设定从第1摄像区域22A中的摄像到第2摄像区域22B中的摄像的等待时间W。因此，因为来自试样S的相同位置的光入射到第1摄像区域22A和第2摄像区域22B，所以能够高精度地实施物镜15的焦点位置的控制。

作为本实施方式的光程差生成构件使用由具有厚度沿着第2摄像装置20上的摄像面20a的面内方向进行变化的部分的玻璃构件构成的光程差生成构件21(21B～21D)，在此情况下，通过由区域控制部35来调整第1摄像区域22A的位置和第2摄像区域22B的位置从而能够自如地调整前针与后针之间的间隔。由此，例如在由第2摄像装置20进行摄像的图像的对比度的峰存在多个的情况或峰形状为平坦的情况下等，通过调整前针与后针的聚焦差从而能够高精度地检测试样S的焦点位置。

另外，作为本实施方式的光程差生成构件使用由平板形状的玻璃构件构成的光程差生成构件21(21A)，在此情况下，光程差生成构件21的构成能够简单化。在此情况下，平板构件的边缘部分E因为形成第2摄像装置20的摄像面20a上的第2光学图像的影子23，所以通过避开影子23来设定第1摄像区域22A和第2摄像区域22B从而能够保证物镜15的焦点位置的控制精度。

另外，在上述的实施方式中，以相对于与入射到第1摄像装置18的第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域22C位于摄像面20a上的试样S的扫描方向的跟前侧的方式设定第1摄像区域22A的位置以及第2摄像区域22B的位置。由此，可以相对于第1摄像装置18的摄像位置先行取得焦点位置的偏移方向。还有，本发明并不限于该方式，也可以是在第1摄像装置18的摄像位置上解析焦点位置的偏移方向的方式。

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如果是一边由工作台等以规定的速度扫描试样一边取得图像的装置的话则能够适用于各种各样的装置。

符号的说明

1…工作台、12…光源、14…导光光学系统、15…物镜、16…分束器(光分支单元)、18…第1摄像装置(第1摄像单元)、20…第2摄像装置(第2摄像单元)、20a…摄像面、21(21A～21D)…光程差生成构件、22A…第1摄像区域、22B…第2摄像区域、34…焦点控制部(焦点控制单元)、35…区域控制部(区域控制单元)、36…物镜控制部(物镜控制单元)、E…边缘部分、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、P…轴、S…试样。

Claims (14)

1.一种图像取得装置，其特征在于：

具备：

工作台，载置试样；

工作台控制单元，以规定的速度扫描所述工作台；

光源，朝着所述试样照射光；

导光光学系统，包含将所述试样的光学图像向图像取得用的第1光路以及焦点控制用的第2光路分支的光分支单元；

第1摄像单元，取得由向所述第1光路分支的第1光学图像形成的第1图像；

第2摄像单元，取得由向所述第2光路分支的第2光学图像形成的第2图像；

焦点控制单元，解析所述第2图像，并根据该解析结果，控制由所述第1摄像单元进行的摄像的焦点位置；

区域控制单元，在所述第2摄像单元的摄像面上设定取得所述第2光学图像的一部分图像的第1摄像区域以及第2摄像区域；以及

光程差生成构件，被配置于所述第2光路，沿着所述摄像面的面内方向使光程差产生于所述第2光学图像，

所述光程差生成构件以所述第2光学图像的光程差对于垂直于伴随着所述试样的扫描的所述第2光学图像的移动方向的所述摄像面的轴而言成为对称的方式配置，

所述区域控制单元伴随着所述试样的扫描方向的翻转而使所述摄像面上的所述第1摄像区域的位置和所述第2摄像区域的位置对于所述轴而言翻转。

2.如权利要求1所述的图像取得装置，其特征在于：

在所述摄像面上，与入射到所述第1摄像单元的所述第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域与所述摄像面的轴大致相一致。

3.如权利要求1或者2所述的图像取得装置，其特征在于：

所述摄像面的轴与垂直于伴随着所述试样的扫描的所述第2光学图像的移动方向的所述摄像面的中心轴大致相一致。

4.如权利要求1～3中的任意一项所述的图像取得装置，其特征在于：

所述光程差生成构件是以重叠于所述摄像面的至少一部分的方式配置的平板构件，

所述区域控制单元以避开由所述平板构件的边缘部分形成的所述第2光学图像的影子的方式将所述第1摄像区域和所述第2摄像区域分别设定于重叠于所述平板构件的区域和不重叠于所述平板构件的区域。

5.如权利要求1～4中的任意一项所述的图像取得装置，其特征在于：

所述光程差生成构件为具有厚度沿着所述摄像面的面内方向连续地变化的部分的构件，

所述区域控制单元以重叠于所述光程差生成构件的厚度不同的部分的方式设定所述第1摄像区域和所述第2摄像区域。

6.如权利要求1～5中的任意一项所述的图像取得装置，其特征在于：

具备：

与所述试样相对峙的物镜；以及

根据由所述焦点控制单元进行的控制，相对地控制相对于所述试样的所述物镜的位置的物镜控制单元，

所述物镜控制单元在由所述焦点控制单元进行的焦点位置的解析执行中不进行所述物镜的驱动，在由所述焦点控制单元进行的焦点位置的解析非执行中使所述物镜相对于所述试样在一个方向上移动。

7.如权利要求1～6中的任意一项所述的图像取得装置，其特征在于：

所述区域控制单元根据所述工作台的扫描速度和所述第1摄像区域与所述第2摄像区域之间的间隔，设定从所述第1摄像区域上的摄像到所述第2摄像区域上的摄像为止的等待时间。

8.一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：

光源，朝着试样照射光；

导光光学系统，包含将所述试样的光学图像向图像取得用的第1光路以及焦点控制用的第2光路分支的光分支单元；

第1摄像单元，取得由向所述第1光路分支的第1光学图像形成的第1图像；

第2摄像单元，取得由向所述第2光路分支的第2光学图像形成的第2图像；以及

焦点控制单元，解析所述第2图像，并根据该解析结果控制由所述第1摄像单元进行的摄像的焦点位置，

在所述聚焦方法中，

在所述第2摄像单元的摄像面上设定取得所述第2光学图像的一部分图像的第1摄像区域以及第2摄像区域，

以所述第2光学图像的光程差对于垂直于伴随着所述试样的扫描的所述第2光学图像的移动方向的所述摄像面的轴而言成为对称的方式将沿着所述摄像面的面内方向使光程差产生于所述第2光学图像的光程差生成构件配置于所述第2光路，

由区域控制单元，伴随着所述试样的扫描方向的翻转而使所述摄像面上的所述第1摄像区域的位置和所述第2摄像区域的位置对于所述轴而言翻转。

9.如权利要求8所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于：

在所述摄像面上，使与入射到所述第1摄像单元的所述第1光学图像相共轭的光学图像所入射的区域与所述摄像面的轴大致相一致。

10.如权利要求8或者9所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于：

使所述摄像面的轴与垂直于伴随着所述试样的扫描的所述第2光学图像的移动方向的所述摄像面的中心轴大致相一致。

11.如权利要求8～10中的任意一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于：

作为所述光程差生成构件，使用以重叠于所述摄像面的至少一部分的方式配置的平板构件，

由所述区域控制单元，以避开由所述平板构件的边缘部分形成的所述第2光学图像的影子的方式将所述第1摄像区域和所述第2摄像区域分别设定于重叠于所述平板构件的区域和不重叠于所述平板构件的区域。

12.如权利要求8～11中的任意一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于：

作为所述光程差生成构件，使用具有厚度沿着所述摄像面的面内方向连续地变化的部分的构件，

由所述区域控制单元，以重叠于所述光程差生成构件的厚度不同的部分的方式设定所述第1摄像区域和所述第2摄像区域。

13.如权利要求8～12中的任意一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于：

所述图像取得装置具备：

与所述试样相对峙的物镜；以及

根据由所述焦点控制单元进行的控制，相对地控制相对于所述试样的所述物镜的位置的物镜控制单元，

由所述物镜控制单元，在由所述焦点控制单元进行的焦点位置的解析执行中不进行所述物镜的驱动，在由所述焦点控制单元进行的焦点位置的解析非执行中，使所述物镜相对于所述试样在一个方向上移动。

14.如权利要求8～13中的任意一项所述的图像取得装置的聚焦方法，其特征在于：

由所述区域控制单元，根据工作台的扫描速度和所述第1摄像区域与所述第2摄像区域之间的间隔，设定从所述第1摄像区域上的摄像到所述第2摄像区域上的摄像为止的等待时间。