CN105143953A - 图像取得装置、制作试样的焦点图的方法以及系统 - Google Patents

图像取得装置、制作试样的焦点图的方法以及系统 Download PDF

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Abstract

在图像取得装置(1)中，使相对于试样(S)的物镜(25)的视野位置(V)移动且在物镜(25)的光轴方向上使相对于试样(S)的物镜(25)的焦点位置往复移动。由此，与相对于试样(S)的物镜(25)的视野位置(V)的移动一起，能够按顺序取得在视野位置(V)上的图像数据的对比度信息。另外，在图像取得装置(1)中，对应于物镜(25)的焦点位置的往复移动实施由摄像元件(6)的滚动读出进行的图像数据的取得。因此，物镜(25)的焦点位置的每次扫描所计算出的对准焦点信息的数目也会稳定，并且能够迅速而且高精度地制作焦点图。

Description

图像取得装置、制作试样的焦点图的方法以及系统
技术领域
本发明涉及图像取得装置、制作试样的焦点图的方法以及系统。
背景技术
在用于观察组织细胞等的试样的图像取得装置中，如果使工作台上的试样与物镜的距离恒定的话则会有由于试样的表面的凹凸而成为混合存在有焦点未对准的区域的图像的情况。因此，应用了一边取得对准焦点信息一边进行试样的摄像的动态聚焦方式或在试样的摄像之前取得对准焦点信息的预聚焦方式等的各种聚焦方法的图像取得装置被开发。
作为这样的图像取得装置，有例如专利文献1所记载的显微镜装置。该装置具有多条像素线并具备由滚动快门模式(rollingshuttermode)进行驱动的摄像元件。然后，隔开长于像素线的受光时间的间隔来使光源断续地发光，并基于一边使工作台移动一边进行摄像的图像而取得显微镜光学系统的焦点位置信息。
另外，在例如专利文献2所记载的幻灯片扫描器(slideScanner)中，一边使相对于试样的物镜的视野位置移动一边使物镜的焦点位置连续地往复，使用幻灯片扫描照相机来取得试样的图像数据。在该幻灯片扫描器中，基于所取得的图像数据的对比度值的高度来计算出每个规定区域的试样的对准焦点位置并制作出试样全体的焦点图。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利申请公开2012-108184号公报
专利文献2：美国专利第7518652号说明书
发明内容
发明所要解决的课题
上述的那样的图像取得装置因为作为以例如20倍～40倍等的高倍率来进行摄像的显微镜装置被使用，所以可以认为被摄体深度小并且显微镜光学系统的视野相对于试样会变得非常小。因此，对于取得试样全体的焦点位置信息来说有必要使显微镜光学系统的视野移动来进行摄像，但是，在专利文献1所记载的装置中，因为没有相对于试样的物镜的视野位置的移动，所以对于遍及试样的宽范围来取得对准焦点信息来说需要时间。另外，因为在最初被读出的像素列和最后被读出的像素列上被输入来自试样上的不同位置的光，所以还会有基于对比度值的比较被计算出的对准焦点信息的精度变得不够充分的担忧。
另一方面，在专利文献2所记载的装置中，一边相对于试样在高度方向上使物镜往复移动一边由线扫描照相机来取得试样的图像数据。然而，各个图像数据因为由来自试样上的不同位置的光来进行生成，所以与专利文献1相同，会有基于对比度值的比较被计算出的对准焦点信息的精度变得不够充分的担忧。另外，在专利文献2的方式中，每次扫描所取得的对准焦点信息的数目不稳定并且会有焦点图的制作精度不能够充分确保的担忧。
本发明是为了解决上述的问题而完成的发明，其目的在于，提供一种能够迅速而且高精度地制作焦点图(focusmap)的图像取得装置、制作试样的焦点图的方法以及系统。
解决课题的技术手段
为了解决上述问题，本发明的一个方面所涉及的图像取得装置，其特征在于，具备：工作台，载置试样；导光光学系统，包含以与工作台上的试样相对峙的方式被配置的物镜；摄像元件，对由导光光学系统导光后的试样的光学图像进行摄像；对准焦点计算部，基于来自摄像元件的图像数据计算出试样的对准焦点信息；焦点图制作部，基于对准焦点信息制作试样的焦点图；第1驱动部，使相对于试样的物镜的视野位置移动；第2驱动部，变更相对于试样的物镜的焦点位置；控制部，控制摄像元件、第1驱动部以及第2驱动部；摄像元件是一种具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件，控制部以一边使相对于试样的物镜的视野位置移动一边使相对于试样的物镜的焦点位置在物镜的光轴方向上往复移动的方式控制第1驱动部以及第2驱动部并且实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得，焦点图制作部基于由对准焦点计算部进行计算的多个对准焦点信息制作焦点图。
在该图像取得装置中，使相对于试样的物镜的视野位置移动且在物镜的光轴方向(试样的高度方向)上使相对于试样的物镜的焦点位置往复移动。由此，与相对于试样的物镜的视野位置的移动一起，可以按顺序取得在视野位置上的图像数据的对比度信息。另外，在该图像取得装置中，实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得。因此，物镜的焦点位置的每次扫描所计算出的对准焦点信息的数目也会稳定。因此，能够迅速并且高精度地制作焦点图。
另外，控制部也可以具有范围决定部，范围决定部决定由第2驱动部得到的相对于试样的物镜的焦点位置的关于物镜的光轴方向的往复移动的条件。虽然也会设想不能够无视试样的表面的凹凸或载置试样的载片(slideglass)等的翘曲的情况，但是通过决定物镜的焦点位置的往复移动的条件从而相对于各种各样的试样能够更加可靠地实施对准焦点信息的计算。
另外，范围决定部也可以在计算一个对准焦点信息的时候基于在一个对准焦点信息之前被计算出的对准焦点信息决定往复移动的折返位置上的物镜的焦点位置。在此情况下，即使是在不能够无视试样的表面的凹凸或载置试样的载片等的翘曲的情况下，也能够防止物镜的焦点位置的往复移动从试样的表面脱离。因此，能够进一步可靠地实施对准焦点信息的计算。
另外，范围决定部也可以将物镜的焦点位置的关于物镜的光轴方向的变更宽度在往复移动的每个去程以及每个回程上可变。在此情况下，即使是在不能够无视试样的表面的凹凸或载置试样的载片等的翘曲的情况下，也能够通过对应于其形状来决定物镜的焦点位置的变更宽度从而防止物镜的焦点位置的往复移动从试样的表面脱离。因此，能够进一步可靠地实施对准焦点信息的计算。
另外，焦点图制作部也可以基于由物镜的焦点位置的往复移动而在去程中被计算出的对准焦点信息以及在回程中被计算出的对准焦点信息中的至少一方的对准焦点信息来制作焦点图。在基于在去程中被计算出的对准焦点信息以及在回程中被计算出的对准焦点信息中的任意一方的对准焦点信息来制作焦点图的情况下，第2驱动部的控制变得容易。另外，在基于在去程中被计算出的对准焦点信息以及在回程中被计算出的对准焦点信息的双方来制作焦点图的情况下，因为能够计算出更加多的对准焦点信息所以能够充分地确保焦点图的精度。
另外，焦点图制作部也可以基于物镜的焦点位置的往复移动中在去程中被计算出的对准焦点信息以及在回程中被计算出的对准焦点信息的双方来制作焦点图。在此情况下，因为能够计算出更加多的对准焦点信息，所以能够充分地确保焦点图的精度。
另外，控制部也可以具有设定相对于试样的二维图像取得区域并且设定在图像取得区域中在一个方向上进行延伸的多条摄像线的摄像线设定部，控制部以从由摄像线设定部进行设定的摄像线选择一条或者多条摄像线并且关于所选择的摄像线而言使相对于试样的物镜的视野位置进行移动的方式控制第1驱动部。在此情况下，由图像取得区域的设定而对于试样不存在的部分来说能够防止不需要的对准焦点信息的计算被进行。因此，能够进一步迅速地制作焦点图。另外，由摄像线的选择而能够进一步实现处理的迅速化。
另外，焦点图制作部也可以基于遍及多条摄像线进行计算的对准焦点信息来制作焦点图。在此情况下，能够谋求焦点图的精度的提高。
另外，控制部也可以以试样上的规定部位的光学图像在摄像元件的各个像素列上被曝光的方式使由第1驱动部得到的在物镜的视野内的试样的规定部位的移动与摄像元件的滚动读出相同步。由此，在来自摄像元件的各个像素列的图像数据中包含在试样的同一部位物镜的焦点位置被变更的时候的对比度信息，基于该信息能够迅速而且高精度地计算出对准焦点信息。
另外，本发明的一个方面所涉及的图像取得方法，是图像取得装置中的图像取得方法，所述图像取得装置具备：工作台，载置试样；导光光学系统，包含以与工作台上的试样相对峙的方式被配置的物镜；摄像元件，对由导光光学系统导光后的试样的光学图像进行摄像；对准焦点计算部，基于来自摄像元件的图像数据计算试样的对准焦点信息；焦点图制作部，基于对准焦点信息制作试样的焦点图；第1驱动部，使相对于试样的物镜的视野位置移动；第2驱动部，变更相对于试样的物镜的焦点位置；控制部，控制摄像元件、第1驱动部以及第2驱动部；作为摄像元件，使用具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件，由控制部以一边使相对于试样的所述物镜的视野位置移动一边使相对于试样的物镜的焦点位置在物镜的光轴方向上往复移动的方式控制第1驱动部以及第2驱动部并且实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得，由焦点图制作部，基于由对准焦点计算部进行计算的多个对准焦点信息来制作焦点图。
另外，本发明的一个方面所涉及的焦点图制作方法，是使用具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件来制作试样的焦点图的方法，在以一边使相对于被保持于工作台的试样的物镜的视野位置移动一边使相对于试样的物镜的焦点位置在物镜的光轴方向上进行移动的方式使工作台以及物镜中的至少一方移动的期间，实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得，基于图像数据取得试样的对准焦点信息，基于试样上的多个对准焦点信息制作焦点图。
在这些图像取得方法以及试样的焦点图制作方法中，使相对于试样的物镜的视野位置移动且在物镜的高度方向(试样的高度方向)上使相对于试样的物镜的焦点位置移动。由此，与相对于试样的物镜的视野位置的移动一起，可以按顺序取得在视野位置上的图像数据的对比度信息。另外，在这些图像取得方法以及试样的焦点图制作方法中，实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得。因此，物镜的焦点位置的每次扫描所计算出的对准焦点信息的数目也会稳定。因此，能够迅速并且高精度地制作焦点图。
另外，相对于试样的物镜的焦点位置的物镜的光轴方向(试样的高度方向)上的移动也可以是往复移动。在此情况下，可以迅速地取得试样的不同的规定部位上的对准焦点信息。
本发明的一个方面所涉及的制作试样的焦点图的系统，具备：工作台，保持试样；导光光学系统，包含以与工作台上的试样相对峙的方式被配置的物镜；摄像元件，由具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件构成并对由导光光学系统导光后的试样的光学图像进行摄像；对准焦点计算部，基于来自摄像元件的图像数据计算试样的对准焦点信息；焦点图制作部，基于试样上的多个对准焦点信息制作焦点图；摄像元件在以一边使相对于试样的物镜的视野位置移动一边使相对于试样的物镜的焦点位置在物镜的光轴方向上进行移动的方式使工作台以及物镜中的至少一方移动的期间，实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得。
在该系统中，使相对于试样的物镜的视野位置移动且在物镜的光轴方向(试样的高度方向)上使相对于试样的物镜的焦点位置移动。由此，与相对于试样的物镜的视野位置的移动一起，可以按顺序取得在视野位置上的图像数据的对比度信息。另外，在该系统中，实施由摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得。因此，物镜的焦点位置的每次扫描所计算出的对准焦点信息的数目也会稳定。因此，能够迅速并且高精度地制作焦点图。
另外，相对于试样的物镜的焦点位置的物镜的光轴方向(试样的高度方向)上的移动也可以是往复移动。在此情况下，可以迅速地取得试样的不同的规定部位上的对准焦点信息。
发明的效果
根据本发明，能够迅速而且高精度地制作焦点图。
附图说明
图1是表示本发明所涉及的图像取得装置的一个实施方式的图。
图2是表示摄像元件的一个例子的图，(a)表示摄像元件的受光面，(b)表示摄像元件中的滚动读出。
图3是表示相对于试样的图像取得区域的扫描的一个例子的图。
图4是表示摄像线的设定的一个例子的图。
图5是表示摄像线上的对准焦点信息计算位置的一个例子的图。
图6是表示物镜的焦点位置的往复移动的条件的一个例子的图。
图7是表示物镜的焦点位置的往复移动的条件的另外一个例子的图。
图8是表示物镜的焦点位置的往复移动的条件的又一另外一个例子的图。
图9是表示由对准焦点计算部进行处理的对比度信息的一个例子的图。
图10是表示图1所表示的图像取得装置的动作的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明所涉及的图像取得装置、制作试样的焦点图的方法以及系统的优选的实施方式进行详细的说明。
图1是表示本发明所涉及的图像取得装置的一个实施方式的图。如同图所示，图像取得装置1具备载置试样S的工作台2、朝着试样S照射光的光源3、包含以与工作台2上的试样S相对峙的方式进行配置的物镜25的导光光学系统5、对由导光光学系统5导光后的试样S的光学图像进行摄像的摄像元件6。
另外，图像取得装置1具备使相对于试样S的物镜25的视野位置移动的工作台驱动部(第1驱动部)11、使相对于试样S的物镜25的焦点位置变更的物镜驱动部(第2驱动部)12、控制摄像元件6、工作台驱动部11以及物镜驱动部12的控制部13、以及处理由摄像元件6进行摄像的试样S的图像数据的图像处理部14。
由图像取得装置1观察的试样S例如是组织细胞等的生物样品，并且以被密封于载片(slideglass)的状态被载置于工作台2。光源3被配置于工作台2的底面侧。作为光源3，可以使用例如激光二极管(LD)、发光二极管(LED)、超辐射发光二极管(SLD)、卤素灯等的灯式光源等。
导光光学系统5由被配置于光源3与工作台2之间的照明光学系统21、被配置于工作台2与摄像元件6之间的显微镜光学系统22构成。照明光学系统21具有例如由聚光透镜23和投影透镜24构成的科勒照明光学系统，对来自光源3的光进行导光并将均匀的光照射于试样S。另一方面，显微镜光学系统22具有物镜25、被配置于物镜25的后段侧(摄像元件6侧)的成像透镜26，将试样S的光学图像导光到摄像元件6。还有，所谓试样S的光学图像，在亮视野照明的情况下为由透过光形成的图像，在暗视野照明的情况下为由散射光形成的图像，在发光测量的情况下为由发光(荧光)形成的图像。另外，也可以是由来自试样S的反射光形成的图像。在这些情况下，作为导光光学系统5，能够采用对应于试样S的透过光图像、散射光图像以及发光(荧光)图像的图像取得的光学系统。
摄像元件6是一种具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件。作为这样的摄像元件6，例如可以列举CMOS图像传感器。在摄像元件6的受光面6a，如图2(a)所示在垂直于读出方向的方向上多个像素被排列而成的像素列31在读出方向上被排列有多列。
摄像元件6中，如图2(b)所示通过基于驱动时钟的驱动周期而输出复位信号、读出开始信号以及读出结束信号从而对每列像素列31控制曝光以及读出。一个像素列31的曝光期间是从伴随着复位信号的电荷的排出到伴随着读出开始信号的电荷的读出为止的期间。另外，一个像素列31的读出期间是从伴随着读出开始信号的电荷的读出开始到伴随着读出结束信号的电荷的读出结束为止的期间。还有，也能够将相对于下一像素列的读出开始信号作为读出结束信号来使用。
在滚动读出中，在每个像素列31进行输出的读出开始信号以规定的时间差按顺序被输出。因此，与同时进行所有像素列的读出的全(global)像素读出不同，每列像素列31的读出具有规定的时间差并按顺序被进行。滚动读出中的读出速度由用于读出各个像素列31的读出开始信号的时间间隔来进行控制。如果缩短读出开始信号的时间间隔的话则读出速度变快，如果延长读出开始信号的时间间隔的话则读出速度变慢。在所邻接的像素列31,31之间的读出间隔的调整能够由例如驱动时钟的频率的调整、读出期间中的延迟期间的设定、规定读出开始信号的时钟数的变更等的方法来实施。
工作台驱动部11由例如步进马达(脉冲马达)或者压电致动器(piezoactuator)等的马达或致动器来构成。工作台驱动部11基于由控制部13进行的控制对于相对于物镜25的光轴的垂直面具有规定的角度(例如90℃)的面来说使工作台2在XY方向上移动。由此，被固定于工作台2的试样S相对于物镜的光轴进行移动并且相对于试样S的物镜25的视野位置进行移动。
物镜驱动部12与工作台驱动部11相同，由例如步进马达(脉冲马达)或者压电致动器等的马达或致动器来构成。物镜驱动部12基于由控制部13进行的控制在沿着物镜25的光轴的Z方向上使物镜25移动。由此，相对于试样S的物镜25的焦点位置进行移动。
还有，在工作台驱动部11能够沿着沿物镜25的光轴的Z方向使工作台2移动的情况下，控制部13也可以由工作台驱动部11来使相对于物镜25的工作台2的Z方向的位置变更并使工作台2与物镜25的间隔变更。在此情况下，工作台驱动部11因为成为使相对于试样S的物镜25的焦点位置移动的驱动部，所以起到与物镜驱动部12相同等的功能。
在图像取得装置1中，以例如20倍～40倍等的高倍率进行试样S的摄像。因此，物镜25的视野V相对于试样S较小，如图3所示能够以一次摄像取得到图像的区域也相对于试样S变小。因此，为了对试样S的整体进行摄像而有必要相对于试样S对物镜25的视野V进行扫描。
因此，在该图像取得装置1中，采用被称为拼接扫描(tilingscan)方式的图像取得方式。具体来说，在图像取得装置1中，由后面所述的控制部13以相对于保持试样S的试样容器(例如载片)包含试样的方式设定图像取得区域32，并且基于图像取得区域32以及物镜25的试样S上的视野V来设定多个分割区域(瓷砖)33。于是，通过分别对对应于分割区域33的试样S的一部分图像(拼接图像(tileimage))进行摄像并在图像处理部14中结合这些一部分图像数据，从而制作出试样S的全体的图像数据。
在图像取得装置1中，因为每当对对应于分割区域33的试样S的一部分图像进行摄像的时候，决定每个分割区域33的相对于试样S的物镜25的焦点位置，所以预先进行关于试样S的焦点图的制作。作为用于制作焦点图的功能性的构成要素，在图像取得装置1中，在控制部13中设置摄像线设定部15、范围决定部16。另外，图像取得装置1具备基于来自摄像元件6的图像数据计算试样S的对准焦点信息的对准焦点计算部17、基于对准焦点信息制作试样S的焦点图的焦点图制作部18。
摄像线设定部15是一种设定相对于试样S的二维图像取得区域32并且设定在图像取得区域32中在一个方向上进行延伸的多条摄像线的部分。在图4所表示的例子中，对于图像取得区域32中的分割区域33的各列设定摄像线L(L1,L2,L3,……,Ln)。
相对于由摄像线设定部15进行设定的各个摄像线，控制部13以一边使相对于试样S的物镜25的视野位置V移动一边使相对于试样S的物镜的焦点位置在试样S的高度方向上进行往复移动的方式控制工作台驱动部11以及物镜驱动部12。另外，控制部13对应于物镜25的焦点位置的往复移动而实施由摄像元件6进行的滚动读出。此时，控制部13优选以试样S上的同一部位的光学图像在摄像元件6的各个像素列31上被曝光的方式使由工作台驱动部11得到的在物镜25的视野V内的试样S的移动与摄像元件6的滚动读出相同步。于是，通过以一帧的读出结束的时机使下一帧的读出开始，从而如图5所示被用于对准焦点信息的计算的试样S的规定部位Sa以一定间隔出现，在包含于摄像线L的每个分割区域33至少形成一个对准焦点信息计算位置P。
范围决定部16是决定由物镜驱动部12得到的相对于试样S的物镜25的焦点位置的关于物镜25的光轴方向(试样S的高度方向)的往复移动的条件的部分。控制部13以基于由范围决定部16进行决定的条件来重复扩大以及缩小物镜25与工作台2之间的Z方向上的距离(间隔)的方式控制由物镜驱动部12得到的物镜25的驱动(具体例子在后面进行叙述)。
另外，对准焦点计算部17是基于来自摄像元件6的图像数据计算出试样S的对准焦点信息的部分。具体来说，图像处理部14基于来自摄像元件6的各个像素列31的图像数据计算出试样S的对准焦点信息。作为对准焦点信息，例如可以列举在物镜25的焦点位置上试样S一致的物镜25或者工作台2的Z方向的位置信息。另外，也可以是例如物镜25的Z方向上的位置或相对于试样S(工作台2)的物镜25的高度(间隔)、工作台2的Z方向上的位置、相对于物镜25的试样S(工作台2)的高度(间隔)等。
如以上所述，控制部13一边由物镜驱动部12来使物镜25的焦点位置变更一边实施由工作台驱动部11得到的在物镜25的视野V内的试样S的规定部位Sa的移动和摄像元件6的滚动读出。另外，更加优选控制部13以试样S上的规定部位Sa的光学图像在摄像元件6的各个像素列31上被曝光的方式使由工作台驱动部11得到的在物镜25的视野V内的试样S的规定部位Sa的移动与摄像元件6的滚动读出相同步。例如，使由工作台驱动部11得到的工作台2的移动与摄像元件6的滚动读出相同步。因此，各个像素列31因为对试样S的规定部位Sa的光学图像进行曝光，所以在进行上述焦点位置的取得的时候的来自摄像元件6的图像数据中包含物镜25的焦点位置在试样S的规定部位Sa进行变更的时候的对比度信息。
图6是表示由对准焦点计算部进行处理的对比度信息的一个例子的图。在同图所表示的例子中，显示了从摄像区域的第1列的像素列31到第n列的像素列31为止的图像数据的对比度值，第i列的像素列31上的图像数据的对比度值成为峰值。在此情况下，使在第i列的像素列31上进行试样S的规定部位Sa的曝光的时候的物镜25的焦点位置为对准焦点位置，对准焦点计算部17生成对准焦点信息。还有，对比度值也可以使用包含于各个像素列31的像素中的特定的像素上的对比度值，也可以使用包含于各个像素列31的像素的整体或者一部分的对比度值的平均值。
在此，图7是表示由上述的范围决定部16决定的物镜25的焦点位置的往复移动的条件的一个例子的图。在图7(a)所表示的例子中，物镜25的焦点位置的关于去程方向(在此是相对于试样S的高度变低的方向)的变更宽度W1与物镜25的焦点位置的关于回程方向(在此是相对于试样S的高度变高的方向)的变更宽度W2成为相同。另外，在去程方向上变更物镜25的焦点位置的时候的开始位置a1与在回程方向上变更物镜25的焦点位置的时候的结束位置b2相一致，在回程方向上变更物镜25的焦点位置的时候的开始位置b1与在去程方向上变更物镜25的焦点位置的时候的结束位置a2相一致。
在使用这样的往复移动的条件的情况下，如图7(b)所示在每个试样S上的对准焦点信息计算位置P上物镜25的焦点位置在去程方向以及回程方向上按顺序以相同宽度进行变更。于是，在物镜25的焦点位置的变更宽度中与试样S的表面相一致的位置作为对准焦点位置F被计算出(计算方法在后面进行叙述)。
另外，图8是表示由范围决定部16决定的物镜25的焦点位置的往复移动的条件的另外一个例子的图。在图8所表示的例子中，在一个对准焦点信息计算位置P之前的对准焦点信息计算位置P上基于已经计算出的对准焦点信息来决定物镜25的焦点位置的往复移动的折返位置。更加具体来说，在图8所表示的例子中，在一个对准焦点信息计算位置P上每当在去程方向或者回程方向上变更物镜25的焦点位置的时候，参考在其一个之前的对准焦点信息计算位置P上被计算出的对准焦点位置F，以对准焦点位置F成为变更宽度W1,W2的大致中央位置的方式决定变更物镜25的焦点位置的时候的开始位置a1或者b1。
在使用所涉及的往复移动的条件的情况下，即使是在不能够无视试样S的表面的凹凸或载置试样的载片等的翘曲的情况下，也能够防止物镜25的焦点位置的往复移动从试样S表面脱离。因此，能够进一步可靠地实施对准焦点信息的计算。
再有，图9是表示由范围决定部16决定的物镜25的焦点位置的往复移动的条件的又一另外一个例子的图。在图9所表示的例子中，物镜25的焦点位置的关于物镜25光轴方向(试样S的高度方向)的变更宽度在往复移动的每个去程以及每个回程上可变。更加具体来说，在图9所表示的例子中，除了如图8所示在一个对准焦点信息计算位置P之前的对准焦点信息计算位置P上基于已经计算出的对准焦点信息决定物镜25的焦点位置的往复移动的折返位置之外，相对于试样S最初变更物镜25的焦点位置的时候的变更宽度W3大于其之后的物镜25的焦点位置的去程方向的变更宽度W1以及回程方向的变更宽度W2。
在使用所涉及的往复移动条件的情况下，最初的对准焦点位置F的发现会变得容易，并且能够更加可靠地实施以后的对准焦点信息的计算。另外，关于最初的对准焦点信息计算位置P以外的对准焦点信息计算位置P，通过使物镜25的焦点位置的变更宽度W1,W2小于变更宽度3从而在每个对准焦点信息计算位置P的物镜25的焦点位置的变更时间为一定的情况下可以减慢物镜25的驱动速度。因此，能够充分地保证对准焦点信息的计算精度。还有，改变变更宽度的对准焦点信息计算位置P不限于最初的对准焦点信息计算位置P，在试样的凹凸或载片的翘曲的影响大的位置能够被预想到的情况等之下，能够在任意的对准焦点信息计算位置P上对物镜25的焦点位置的变更宽度实施改变。
焦点图制作部18是基于由对准焦点计算部17计算出的多个对准焦点信息制作焦点图的部分。更加具体来说，焦点图制作部18基于遍及多条摄像线L进行计算的对准焦点信息来制作焦点图。碰到焦点图的制作的话，也可以使用各个对准焦点信息计算位置P上的对准焦点位置F自身，也可以以各个对准焦点信息计算位置P上的对准焦点位置F为基础应用最小二乘法来运算焦点平面并且结合焦点平面彼此。由焦点图制作部18进行制作的焦点图被输出至控制部13，并且在对试样S的一部分图像进行摄像的时候被参照到相对于试样S的物镜25的焦点位置的控制。
还有，焦点图制作部18可以在物镜25的焦点位置的往复移动中基于在去程上被计算出的对准焦点信息以及在回程上被计算出的对准焦点信息的任意一方的对准焦点信息制作焦点图，也可以基于在去程上被计算出的对准焦点信息以及在回程上被计算出的对准焦点信息的双方的对准焦点信息制作焦点图。前者的情况下，在物镜25的往复移动中因为仅要求去程以及回程的任意一方的驱动精度，所以物镜25的控制变得容易。另外，后者的情况下，因为能够计算出更多的对准焦点信息，所以能够充分地确保焦点图的精度。
接着，对上述的图像取得装置1的动作进行说明。图10是表示图像取得装置1的动作的流程图。
如图10所示，在图像取得装置1中，首先相对于被载置于工作台2的试样S进行图像取得区域32的设定(步骤S01)。另外，相对于被设定的图像取得区域32设定多条摄像线L(步骤S02)。接着，一边使相对于试样S的物镜25的视野位置V移动一边相对于试样S的物镜的焦点位置基于被设定的往复移动的条件在试样S的高度方向上往复移动，并实施在物镜25的视野V内的试样S的规定部位Sa的移动和摄像元件6的滚动读出，计算出每条摄像线L的对准焦点信息(步骤S03)。还有，在该步骤S03中，优选以试样S上的规定部位Sa的光的光学图像在摄像元件6的各个像素列31上被曝光的方式使在物镜25的视野V内的试样S的规定部位Sa的移动与摄像元件6的滚动读出相同步。
在计算出每条摄像线L的对准焦点信息之后，基于计算出的对准焦点信息制作焦点图(步骤S04)。然后，基于制作出的焦点图一边将物镜25的焦点位置对准试样S一边进行图像取得区域32的各个分割区域33的图像(一部分图像)的取得(步骤S05)，由一部分图像的合成而制作出试样S的整体图像(步骤S06)。
如以上所说明的那样，在该图像取得装置1中，使相对于试样S的物镜25的视野位置V移动且使相对于试样S的物镜25的焦点位置在试样的高度方向上往复移动。由此，与相对于试样S的物镜25的视野位置V的移动一起，可以按顺序取得在视野位置V上的图像数据的对比度信息。另外，在该图像取得装置1中，对应于物镜25的焦点位置的往复移动实施由摄像元件6进行的滚动读出。因此，物镜25的焦点位置的每次扫描所计算出的对准焦点信息的数目也会稳定。因此，能够迅速而且高精度地制作焦点图。再有，在该图像取得装置1中，因为将能够滚动读出的二维摄像元件作为摄像元件6来使用，所以在取得图像数据的时候的噪声也能够被减少并且能够保证焦点图的精度。
另外，在图像取得装置1中，对于由物镜驱动部12得到的相对于试样S的物镜25的焦点位置的关于物镜25的光轴方向(试样S的高度方向)的往复移动条件由范围决定部16决定。虽然也会设想不能够无视试样S的表面的凹凸或载置试样的载片等的翘曲的情况，但是通过决定物镜25的焦点位置的往复移动的条件从而相对于各种各样的试样S能够更加可靠地实施对准焦点信息的计算。
另外，在图像取得装置1中，以设定相对于试样S的二维图像取得区域32并且设定在图像取得区域32中在一个方向上进行延伸的多条摄像线L并且沿着该摄像线L相对于试样S的物镜25的视野位置V进行移动的方式控制工作台驱动部11。由这样控制，能够防止关于试样S不存在的部分而言不需要的对准焦点信息的计算被进行。因此，能够进一步迅速地制作出焦点图。
另外，在图像取得装置1中，优选以试样S上的规定部位Sa的光学图像在摄像元件6的各个像素列31上被曝光的方式使由工作台驱动部11得到的在物镜25的视野内的试样S的规定部位Sa的移动与摄像元件6的滚动读出相同步。由此，在来自摄像元件的各个像素列的图像数据中包含在试样的同一部位物镜25的焦点位置被变更的时候的对比度信息，基于该信息能够迅速而且高精度地计算出对准焦点信息。
本发明并不限于上述实施方式。例如，在上述的实施方式中关于一个对准焦点信息计算位置P而言物镜25的焦点位置在去程方向以及回程方向中的任意一个方向上仅被扫描一次，但是对于一个对准焦点信息计算位置P而言也可以进行多次扫描。在试样S为组织细胞的情况下，其厚度例如为10μm左右。因此，如果将每列像素列31的物镜25的焦点位置的移动距离设定为0.1μm左右的话则能够以100像素列程度相对于试样S整体的厚度取得对比度信息。相对于此，CMOS图像传感器等的二维摄像元件，因为例如具有数千列程度的像素列，所以在一帧之间可以取得数次的对比度信息。因此，通过在高度方向上对物镜25进行多次扫描，从而关于一个对准焦点信息计算位置P而言能够计算出多个对准焦点信息，可以进一步高精度地制作焦点图。
另外，在上述实施方式中，在关于所有摄像线L而言计算出对准焦点信息之后基于关于试样S整体而言制作出的焦点图进行试样S的一部分图像的摄像，但是，也可以关于一条摄像线L而言取得对准焦点信息以及制作焦点图来取得试样S的一部分图像，关于所有摄像线L而言重复进行该处理。另外，关于所有摄像线L而言并不限于取得对准焦点信息，也可以在所设定的摄像线L中由控制部13来选择一条或者多条摄像线L，关于所选择的摄像线L而言进行对准焦点信息的取得。摄像线L的选择并没有特别的限制，可以选择包含邻接的摄像线L的多条摄像线L，也可以每隔一列或者多列选择摄像线L。在此情况下，焦点图的制作的迅速化成为可能。
还有，在上述实施方式中，作为图像取得方式，例示了拼接扫描方式，但是，本发明对于线扫描(linescan)来说也能够应用。在此情况下，例如如果是在物镜25与成像透镜26之间配置对来自物镜25的光进行分支的分束器并且由线传感器或TDI(TimedelayIntegration)传感器等的能够电荷转送的CCD图像传感器来对由分束器进行分支的光进行摄像的话即可。
符号的说明
1…图像取得装置、2…工作台、3…光源、5…导光光学系统、6…摄像元件、11…工作台驱动部(第1驱动部)、12…物镜驱动部(第2驱动部)、13…控制部、15…摄像线设定部、16…范围决定部、17…对准焦点计算部、18…焦点图制作部、25…物镜、31…像素列、32…图像取得区域、L…摄像线、S…试样、Sa…试样的规定部位、V…物镜的视野。

Claims (10)

1.一种图像取得装置，其特征在于：
具备：
工作台，载置试样；
导光光学系统，包含以与所述工作台上的所述试样相对峙的方式配置的物镜；
摄像元件，对由所述导光光学系统导光后的所述试样的光学图像进行摄像；
对准焦点计算部，基于来自所述摄像元件的图像数据，计算所述试样的对准焦点信息；
焦点图制作部，基于所述对准焦点信息制作所述试样的焦点图；
第1驱动部，使相对于所述试样的所述物镜的视野位置移动；
第2驱动部，变更相对于所述试样的所述物镜的焦点位置；以及
控制部，控制所述摄像元件、所述第1驱动部以及所述第2驱动部，
所述摄像元件是具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件，
所述控制部以一边使相对于所述试样的所述物镜的视野位置移动一边使相对于所述试样的所述物镜的焦点位置在所述物镜的光轴方向上往复移动的方式控制所述第1驱动部以及所述第2驱动部并且实施由所述摄像元件的滚动读出进行的所述图像数据的取得，
所述焦点图制作部基于由所述对准焦点计算部计算出的多个对准焦点信息来制作焦点图。
2.如权利要求1所述的图像取得装置，其特征在于：
所述控制部具有范围决定部，所述范围决定部决定由所述第2驱动部得到的相对于所述试样的所述物镜的焦点位置的关于所述物镜的光轴方向的往复移动的条件。
3.如权利要求2所述的图像取得装置，其特征在于：
所述范围决定部在计算一个对准焦点信息的时候基于在所述一个对准焦点信息之前被计算出的对准焦点信息来决定所述往复移动的折返位置上的所述物镜的焦点位置。
4.如权利要求2或者3所述的图像取得装置，其特征在于：
所述范围决定部使所述物镜的焦点位置的关于所述物镜的光轴方向的变更宽度在所述往复移动的每个去程以及每个回程可变。
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：
所述焦点图制作部基于由所述物镜的焦点位置的往复移动而在去程中被计算出的对准焦点信息以及在回程中被计算出的对准焦点信息中的至少一方的对准焦点信息来制作所述焦点图。
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：
所述控制部具有设定相对于所述试样的二维图像取得区域并且设定在所述图像取得区域中在一个方向上进行延伸的多条摄像线的摄像线设定部，
所述控制部以从由所述摄像线设定部设定的所述摄像线选择一条或者多条所述摄像线并且关于所选择的所述摄像线使相对于所述试样的所述物镜的视野位置进行移动的方式控制所述第1驱动部。
7.如权利要求6所述的图像取得装置，其特征在于：
所述焦点图制作部基于遍及所述多条摄像线进行计算的所述对准焦点信息来制作所述焦点图。
8.如权利要求1～7中的任意一项所述的图像取得装置，其特征在于：
所述控制部以所述试样上的规定部位的光学图像在所述摄像元件的各个像素列上被曝光的方式使由所述第1驱动部得到的在所述物镜的视野内的所述试样的规定部位的移动与所述摄像元件的滚动读出相同步。
9.一种方法，其特征在于：
是使用具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件来制作试样的焦点图的方法，
在以一边使相对于被保持于工作台的所述试样的物镜的视野位置移动一边使相对于所述试样的所述物镜的焦点位置在所述物镜的光轴方向上进行移动的方式使所述工作台以及所述物镜中的至少一方移动的期间，实施由所述摄像元件的滚动读出进行的图像数据的取得，
基于所述图像数据，取得所述试样的对准焦点信息，
基于所述试样中的多个对准焦点信息，制作焦点图。
10.一种系统，其特征在于：
是制作试样的焦点图的系统，
具备：
工作台，保持所述试样；
导光光学系统，包含以与所述工作台上的所述试样相对峙的方式配置的物镜；
摄像元件，由具有多列像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件构成并对由所述导光光学系统导光后的所述试样的光学图像进行摄像；
对准焦点计算部，基于来自所述摄像元件的图像数据，计算出所述试样的对准焦点信息；以及
焦点图制作部，基于所述试样中的多个对准焦点信息，制作焦点图，
所述摄像元件在以一边使相对于所述试样的物镜的视野位置移动一边使相对于所述试样的所述物镜的焦点位置在所述物镜的光轴方向上进行移动的方式使所述工作台以及所述物镜中的至少一方移动的期间，实施由所述摄像元件的滚动读出进行的所述图像数据的取得。
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