CN105283791A - 图像取得装置及图像取得装置的聚焦方法 - Google Patents

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Abstract

图像取得装置(M)中，通过光路差生成部件(21)的配置，不进行焦点控制用的第二光路(L2)上的光的分支而可形成第二光学图像的光路长差。因此，可抑制为了得到焦点位置的信息所需要的向第二光路(L2)的光量，并可确保通过第一摄像装置(18)进行摄像时的光量。另外，该图像取得装置(M)中，在光路差生成部件(21)的第一面(26)和第二面(27)之间设有减少到达第二摄像装置(20)的摄像面(20a)的光的光减少部(28)。利用该光减少部(28)，可以缩小第二摄像装置(20)的摄像面(20a)上的光重叠区域(29)，可高精度地实施试样S的焦点位置的控制。

Description

图像取得装置及图像取得装置的聚焦方法
技术领域
本发明涉及图像取得装置及图像取得装置的聚焦方法。
背景技术
作为现有的图像取得装置，例如有专利文献1所记载的装置。在该装置中，利用半棱镜将来自被检测物的光进行分割，且利用由CCD面型图象传感器等的二维摄像元件构成的光电转换元件进行受光。光电转换元件的控制电路具有可以任意地设定二维扫描受光面的两个扫描区域的扫描区域设定部。于是，基于在由扫描区域设定部设定的两个扫描区域中受光的光的聚焦偏差信号，执行聚焦控制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开平8-320430号公报
发明内容
发明所要解决的课题
上述的现有的装置中，使用半棱镜分割来自被检测物的光。因此，不易确保光电转换元件中的光量，试样的焦点位置的检测精度可能降低。另外，当增大焦点位置的检测用的光的光量时，被检测物的摄像用的光的光量减少，有不易确保摄像时的光量的担忧。
本发明是为了解决上述课题而完成的发明，其目的在于，提供一种图像取得装置及其聚焦方法，可确保摄像时的光量，且可高精度地检测试样的焦点位置。
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，其载置试样；工作台控制单元，其以规定的速度扫描工作台；光源，其向试样照射光；导光光学系统，其包含将试样的光学图像向图像取得用的第一光路及焦点控制用的第二光路分支的光分支单元；第一摄像单元，其取得由向第一光路分支的第一光学图像形成的第一图像；第二摄像单元，其取得由向第二光路分支的第二光学图像形成的第二图像；焦点控制单元，其解析第二图像，且基于该解析结果控制第一摄像单元的摄像的焦点位置；光路差生成部件，其配置于第二光路，沿着第二摄像单元的摄像面的面内方向在第二光学图像产生光路差，光路差生成部件具有相对于与第二光路的光轴正交的面倾斜的第一面及第二面，在第一面和第二面之间设有减少到达摄像面的光的光减少部。
该图像取得装置中，通过光路差生成部件的配置，不进行焦点控制用的第二光路中的光的分支而可形成第二光学图像的光路长差。因此，抑制为了得到焦点位置的信息所需要的向第二光路的光量，可确保通过第一摄像单元进行摄像时的光量。另外，该图像取得装置中，通过光路差生成部件具有第一面及第二面，可以实施双方向扫描试样的摄像视野的双方向扫描。在第一面和第二面的边界附近，存在在第一面及第二面折射的光的一部分在第二摄像单元的摄像面上重叠的情况。可以认为当在摄像面上存在光重叠区域时，焦点控制单元中的第二图像的解析精度降低。与之相对，该图像取得装置中，在第一面和第二面之间，设有减少到达第二摄像单元的摄像面的光的光减少部。利用该光减少部，可以缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域，可高精度地实施试样的焦点位置的控制。
另外，优选光路差生成部件在第一面和第二面之间具有与第二光路的光轴正交的第三面，光减少部设于第三面。在该情况下，利用第三面可以抑制光的折射的产生。另外，通过在第三面上设置光减少部，可以更可靠地缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域。
另外，优选第一面和第二面邻接，光减少部以包含第一面和第二面的边界部分的方式设置。在该情况下，通过以包含第一面和第二面的边界部分的方式设置光减少部，可以更可靠地缩小第二摄像单元的摄像面上的光的重叠区域。
另外，优选光减少部是反射来自第二光路的光的光反射部。在该情况下，利用光反射部，可以更可靠地缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域。
另外，优选光减少部是减少来自第二光路的光的光减光部。在该情况下，利用光减光部可以更可靠地缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域。
另外，优选光减少部是遮挡来自第二光路的光的光遮光部。在该情况下，利用光遮光部可以更可靠地缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域。
另外，优选光减少部是减少来自第二光路的光的光吸光部。在该情况下，利用光吸光部可以更可靠地缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域。
另外，优选还具备区域控制单元，其以避开在光路差生成部件的第一面及第二面进行折射的光重叠的光重叠区域的方式在第二摄像单元的摄像面上设定第一摄像区域和第二摄像区域。由此，可以在第二摄像单元的第一摄像区域及第二摄像区域中，分别对焦点对准了入射至第一摄像单元的光学图像之前的光学图像(前针)和焦点对准了入射至第一摄像单元的光学图像之后的光学图像(后针)进行摄像。另外，利用光减少部，可以缩小第二摄像单元的摄像面上的光的重叠区域，因此，可以扩大可设定第一摄像区域及第二摄像区域的设定区域。由此，可以充分扩大前针和后针之间的聚焦差，可以高精度地实施焦点位置的控制。
另外，优选第二摄像单元具备具有多个像素列并且能够滚动读出的二维摄像元件，通过与工作台控制单元进行的工作台的扫描同步地进行各像素列的滚动读出，从而取得第二图像。在该情况下，来自各像素列的图像数据中，通过一次的滚动读出可取得试样的同一部位的对比度信息。因此，基于该对比度信息可迅速且高精度地算出聚焦焦点信息。
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，该图像取得装置具备：工作台，其载置试样；工作台控制单元，其以规定的速度扫描工作台；光源，其向试样照射光；导光光学系统，其包含将试样的光学图像向图像取得用的第一光路及焦点控制用的第二光路分支的光分支单元；第一摄像单元，其取得由向第一光路分支的第一光学图像形成的第一图像；第二摄像单元，其取得由向第二光路分支的第二光学图像形成的第二图像；焦点控制单元，其解析第二图像，且基于该解析结果控制第一摄像单元的摄像的焦点位置，将具有相对于与第二光路的光轴正交的面倾斜的第一面及第二面并且沿着第二摄像单元的摄像面的面内方向在第二光学图像产生光路差的光路差生成部件配置于第二光路，在第一面和第二面之间设置光减少部，减少到达第二摄像单元的摄像面的光。
该图像取得装置的聚焦方法中，通过光路差生成部件的配置，不进行焦点控制用的第二光路中的光的分支而可形成第二光学图像的光路长差。因此，抑制为了得到焦点位置的信息所需要的向第二光路的光量，可确保通过第一摄像单元进行摄像时的光量。另外，该图像取得装置的聚焦方法中，通过光路差生成部件具有第一面及第二面，可以实施双方向扫描试样的摄像视野的双方向扫描。在第一面和第二面的边界附近，存在在第一面及第二面折射的光的一部分在第二摄像单元的摄像面上重叠的情况。可以认为当在摄像面上存在光重叠区域时，焦点控制单元中的第二图像的解析精度降低。与之相对，该图像取得装置的聚焦方法中，在第一面和第二面之间设有减少到达第二摄像单元的摄像面的光的光减少部。利用该光减少部，可以缩小第二摄像单元的摄像面上的光重叠区域，可高精度地实施试样的焦点位置的控制。
发明的效果
根据本发明，可确保摄像时的光量且可高精度地检测试样的焦点位置。
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是表示第二摄像装置的一例的图。
图4是表示光路差生成部件及第二摄像装置的组合的一例的图。
图5是表示在光路差生成部件上未设置光减少部时光从第二光路入射至第二摄像装置的摄像面的情形的图。
图6是表示在光路差生成部件上设置光减少部(光反射部)时来自第二光路的光入射至第二摄像装置的摄像面的情形的图。
图7是表示在光路差生成部件上设置光减少部(光减光部、光遮光部、光吸光部)时来自第二光路的光入射至第二摄像装置的摄像面的情形的图。
图8是表示图像取得装置的功能性的结构要素的方块图。
图9是表示到试样的表面的距离与物镜的焦点距离一致时的对比度值的解析结果的图。
图10是表示到试样的表面的距离比物镜的焦点距离长时的对比度值的解析结果的图。
图11是表示到试样的表面的距离比物镜的焦点距离短时的对比度值的解析结果的图。
图12是表示物镜和试样的表面的距离相对于工作台的扫描时间的关系的图。
图13是表示工作台控制部进行的工作台的扫描方向的控制的图。
图14是表示工作台控制部进行的工作台的扫描速度的控制的图。
图15是表示图像取得装置的动作的流程图。
图16是表示光减少部(光反射部)的变形例的图。
图17是表示光路差生成部件及光减少部的变形例的图。
图18是表示光路差生成部件及光减少部的另一变形例的图。
图19是表示光路差生成部件及光减少部的又一变形例的图。
图20是表示使用了可滚动读出的摄像元件的第二摄像装置的图。
图21是表示在图20的情况下由焦点控制部处理的对比度信息的一例的图。
具体实施方式
以下，参照附图，对本发明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和取得试样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是通过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，从而生成作为数字图像的虚拟幻灯片(virtualslide)图像的装置。
如图1所示，宏观图像取得装置M1具备载置试样S的工作台1。工作台1是例如由步进电动机(脉冲电动机)或压电致动器等的电动机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，可以使相对于试样S的摄像位置移动。
工作台1可以在宏观图像取得装置M1和微观图像取得装置M2之间往复，并且具有在两个装置之间搬送试样S的功能。此外，对于宏观图像取得来说，可以由1次的摄像来取得试样S的整体图像，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也可以分别设置于宏观图像取得装置M1及微观图像取得装置M2的双方。
在工作台1的底面侧配置有向试样S照射光的光源2和将来自光源2的光聚光于试样S的聚光透镜3。光源2也可以以向试样S倾斜地照射光的方式配置。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4和对试样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例如是可以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，并存储于下述的虚拟幻灯片图像存储部39。
如图2所示，微观图像取得装置M2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、配置于物镜15的后段的分束器(光分支单元)16。在物镜15上设有在与工作台1的载置面正交的Z方向上驱动物镜15的步进电动机(脉冲电动机)或压电致动器等的电动机或致动器。通过由这些驱动单元改变物镜15的Z方向的位置，可以调整试样S的图像取得中的摄像的焦点位置。此外，焦点位置的调整也可以通过改变工作台1的Z方向的位置实施，也可以通过改变物镜15及工作台1的双方的Z方向的位置实施。
分束器16是将试样S的光学图像向图像取得用的第一光路L1和焦点控制用的第二光路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度的角度配置，图2中，通过分束器16的光路成为第一光路L1，由分束器16反射的光路成为第二光路。
在第一光路L1中配置有使通过了分束器16的试样S的光学图像(第一光学图像)成像的成像透镜17、将摄像面配置于成像透镜17的成像位置的第一摄像装置(第一摄像单元)18。第一摄像装置18是可以取得由试样S的第一光学图像形成的一维图像(第一图像)的装置，例如可使用可以TDI(TimeDelayIntegration(时间延迟积分))驱动的二维图像CCD传感器或线传感器。另外，如果是一边以一定的速度控制工作台1，一边依次取得试样S的图像的方式，则第一摄像装置18也可以是CMOS图像传感器或CCD图像传感器等的可以取得二维图像的装置。由第一摄像装置18摄像的第一图像在依次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下述的图像生成部38。
另一方面，在第二光路L2中配置有缩小由分束器16反射的试样的光学图像(第二光学图像)的视野调整透镜19和第二摄像装置(第二摄像单元)20。另外，在第二摄像装置20的前段配置使光路差产生于第二光学图像的光路差生成部件21。视野调整透镜19优选以第二光学图像以与第一光学图像相同程度的大小成像于第二摄像装置20的方式构成。
第二摄像装置20是可以取得由试样S的第二光学图像形成的二维图像(第二图像)的装置，例如可以使用CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor(互补金属氧化物半导体))或CCD(ChargeCoupledDevice(电荷耦合器件))等的面型图象传感器。另外，也可以使用线传感器。
第二摄像装置20的摄像面20a以与垂直于第二光路L2的XZ面大致一致的方式配置。如图3所示，在该摄像面20a上设定有取得第二光学图像的一部分图像的第一摄像区域22A及第二摄像区域22B。第一摄像区域22A及第二摄像区域22B设定为相对于伴随着试样S的扫描的摄像面20a上的第二光学图像的移动方向(扫描方向：Z方向)成垂直的方向。第一摄像区域22A和第二摄像区域22B具有规定的间隔地设定，均以线状取得第二光学图像的一部分。由此，可以将与由第一摄像装置18取得的试样S的第一光学图像相同的区域的光学图像作为第二光学图像而在第一摄像区域22A及第二摄像区域22B取得。此外，也可以使用各个线传感器设定第一摄像区域22A和第二摄像区域22B。在该情况下，通过分别控制各线传感器，可以缩短第一摄像区域22A及第二摄像区域22B的设定所需要的时间。
光路差生成部件21是沿着摄像面20a的面内方向在第二光学图像产生光路差的玻璃部件。在图4(a)所示的例子中，光路差生成部件21成为截面三角形的棱镜状，且以顶部24与摄像面20a的Z方向的中央部分大致一致的方式配置。因此，入射于摄像面20a的第二光学图像，在摄像面20a上的Z方向的中央部分，光路最长，且越向摄像面20a上的Z方向的两端部分，光路越短。另外，光路差生成部件21优选以与第二摄像装置20的相对面25与第二摄像装置的摄像面20a平行的方式配置。由此，可降低与第二摄像装置20的相对面25上的光的折射，并可以确保由第二摄像装置20接收的光量。
通过该光路差生成部件21的配置，在第二摄像装置20中，可以基于第一摄像区域22A的位置和第二摄像区域22B的位置取得焦点对准了入射到第一摄像装置18的第一光学图像之前的光学图像(前针)和焦点对准了入射到第一摄像装置18的第一光学图像之后的光学图像(后针)。本实施方式中，例如以第一摄像区域22A成为前针，且第二摄像区域22B成为后针的方式，设定第一摄像区域22A的位置和第二摄像区域22B的位置。前针和后针之间的聚焦差依赖于入射于第一摄像区域22A的第二光学图像通过的光路差生成部件21的厚度t1及折射率和入射于第二摄像区域22B的第二光学图像通过的光路差生成部件21的厚度t2及折射率的差。
另外，如图4(a)所示，光路差生成部件21具有相对于与第二光路L2的光轴正交的面(在此，相对面25)倾斜的第一面26及第二面27。第一面26及第二面27以相对于顶部24对称的方式，相对于相对面25均倾斜30°左右。通过第一面26及第二面27，来自第二光路L2的光在第一面26及第二面27上向内向折射并入射于摄像面20a。此外，优选光路差生成部件21的相对面25上的第二光学图像的移动方向的长度比第二摄像装置20的摄像面20a上的第二光学图像的移动方向的长度长。在该情况下，可以使在第一面26的上端侧或第二面27的下端侧折射的光入射至摄像面20a的端部，并可有效地利用位于摄像面20a的端部的像素列。
通过在光路差生成部件21上设置第一面26及第二面27，可以与试样S的摄像视野的双方向扫描(参照图13(a))对应。在进行双方向扫描的情况下，只要如下进行即可，即，根据伴随着试样S的扫描的摄像面20a上的第二光学图像的移动方向，在进行一方的扫描时，在与第一面26对应的摄像面20a的上半分区域，从上侧依次设定第一摄像区域22A及第二摄像区域22B，在进行另一方的扫描时，在与第二面27对应的摄像面20a的下半分区域，从下侧依次设定第一摄像区域22A及第二摄像区域22B即可(参照图4(b))。
光路差生成部件21中，在第一面26和第二面27之间设有减少到达第二摄像装置20的摄像面20a的光的光减少部28。光减少部28以将顶部24作为中心并在第一面26侧和第二面27侧以相等宽度伸出的方式，沿着顶部24在相对于第二光学图像的移动方向(扫描方向：Z方向)成垂直的方向延伸。
光减少部28可以设为反射来自第二光路L2的光的光反射部。在设为光反射部的情况下，也可以使例如铝、金、银、铜之类的金属的箔贴附于光路差生成部件21，也可以将这些金属的膜蒸镀于光路差生成部件21上。另外，光减少部28也可以设为减少来自第二光路L2的光的光减光部或遮挡来自第二光路L2的光的光遮光部。在设为光减光部及光遮光部的情况下，也可以将例如黑色涂料涂布于光路差生成部件21，也可以将黑色密封材料贴附于光路差生成部件21。另外，也可以对上述金属的膜的表面涂布黑色涂料。光减少部28也可以设为吸收来自第二光路L2的光的光吸光部。在设为光吸光部的情况下，只要将例如红宝石或蓝宝石之类的氧化铝等的吸收光的吸光物质形成于光路差生成部件21的内部即可。
在光路差生成部件21上未设置光减少部28的情况下，如图5(a)所示，入射于光路差生成部件21的顶部24附近的来自第二光路L2的光通过第一面26及第二面27上的折射而在摄像面20a上重叠，如图5(b)所示，在摄像面20a上形成光重叠区域29。光重叠区域29中，光路差不同的光入射至摄像面20a，因此，在第一摄像区域22A及第二摄像区域22B的设定中成为不适当的非设定区域R1。在非设定区域R1相对于摄像面20a的宽度较大的情况下，可设定第一摄像区域22A及第二摄像区域22B的设定区域R2的宽度相对变窄。认为当设定区域R2的宽度变窄时，例如第一摄像区域22A和第二摄像区域22B之间的间隔的设定宽度被限制，且前针和后针之间的聚焦差的调整宽度被限制。
与之相对，在本实施方式那样在光路差生成部件21上设有作为光反射部的光减少部28的情况下，如图6(a)所示，入射于光路差生成部件21的顶部24附近的来自第二光路L2的光被光减少部28反射。因此，如图6(b)所示，与未在光路差生成部件21上设置光减少部28的情况相比，可以大幅缩小形成于摄像面20a的光重叠区域29的宽度。因此，可设定第一摄像区域22A及第二摄像区域22B的设定区域R2的宽度相对变宽，可充分确保前针和后针之间的聚焦差的调整宽度。
另外，在本实施方式那样在光路差生成部件21上设有作为光减光部·光遮光部·光吸光部的光减少部28的情况下，如图7(a)所示，入射于光路差生成部件21的顶部24附近的来自第二光路L2的光被光减少部28减光、遮光或吸光。在该情况下，如图7(b)所示，与未在光路差生成部件21上设置光减少部28的情况相比，可以大幅缩小形成于摄像面20a的光重叠区域29的宽度即非设定区域R1的宽度。因此，可设定第一摄像区域22A及第二摄像区域22B的设定区域R2的宽度相对变宽，可充分确保前针和后针之间的聚焦差的调整宽度。
此外，光减少部28的宽度可根据光路差生成部件21的折射率、第一面26及第二面27相对于相对面25的倾斜角等适当设定。例如第一面26中在与光减少部28的边界部分折射的光和第二面27中在与光减少部28的边界部分折射的光均优选以朝向摄像面20a的中央部分(与顶部24对应的部分)的方式设定光减少部28的宽度。在该情况下，可使非设定区域R1的宽度最小化。
图8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。另外，作为控制部33的功能性的构成要素，图像取得装置M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和虚拟幻灯片图像存储部39。
焦点控制部34是解析在第二摄像装置20取得的第二图像并根据该解析结果控制由第一摄像装置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首先在第二摄像装置20中求得在第一摄像区域22A中取得的图像的对比度值和在第二摄像区域22B中取得的图像的对比度值之差量。
在此，如图9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，在第一摄像区域22A中取得的前针的图像对比度值和在第二摄像区域22B中取得的后针的图像对比度值大致一致，它们的差分值大致成为零。另一方面，如图10所示，在到试样S的表面的距离比物镜15的焦点距离长的情况下，在第二摄像区域22B中取得的后针的图像对比度值大于在第一摄像区域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。在该情况下，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的内容的指示信息。
另外，如图11所示，在到试样S的表面的距离比物镜15的焦点距离短的情况下，在第二摄像区域22B中取得的后针的图像对比度值小于在第一摄像区域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。在该情况下，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的内容的指示信息。
区域控制部35是控制第二摄像装置20的摄像面20a上的第一摄像区域22A的位置及第二摄像区域22B的位置的部分。区域控制部35基于来自操作部31的操作，以避开形成于摄像面20a的光重叠区域29的方式，首先设定第一摄像区域22A，在进行了第一摄像区域22A中的摄像之后，解除第一摄像区域22A的设定。接着，从第一摄像区域22A在Z方向(扫描方向)上具有规定的间隔地设定第二摄像区域22B，在进行了第二摄像区域22B中的摄像之后，解除第二摄像区域22B的设定。
从第一摄像区域22A中的摄像到第二摄像区域22B中的摄像的等待时间基于第一摄像区域22A与第二摄像区域22B之间的间隔和工作台1的扫描速度进行设定。另外，第一摄像区域22A和第二摄像区域22B之间的间隔基于由光路差生成部件21产生的光路长差进行设定。但是，该间隔需要实际上与试样S的载片上的距离对应，并最终将间隔转换成第二摄像区域22B的像素数。
另外，区域控制部35可以基于来自操作部31的操作，沿着摄像面20a的面内的扫描方向(在此，Z方向)变更第一摄像区域22A的位置和第二摄像区域22B的位置的至少一方。在该情况下，也可以仅变更第一摄像区域22A的位置及第二摄像区域22B的位置的任一方，也可以变更第一摄像区域22A的位置及第二摄像区域22B的位置的双方。另外，也可以在维持第一摄像区域22A和第二摄像区域22B之间的间隔的状态下，变更第一摄像区域22A的位置及第二摄像区域22B的位置的双方。
通过变更第一摄像区域22A的位置和第二摄像区域22B的位置，可以改变入射于第一摄像区域22A的第二光学图像通过的光路差生成部件21的厚度t1和入射于第二摄像区域22B的第二光学图像通过的光路差生成部件21的厚度t2。由此，改变前针及后针的间隔，可调整求得对比度值的差量时的分辨率。
物镜控制部36是控制物镜15的驱动的部分。物镜控制部36在接收到从焦点控制部34输出的指示信息时，基于指示信息的内容，向Z方向驱动物镜15。由此，可调整物镜15相对于试样S的焦点位置。
此外，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是表示物镜和试样的表面的距离相对于工作台的扫描时间的关系的图。如同图所示，在试样S的扫描中，交替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和试样S的位置关系发生改变，可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。更具体而言，工作台控制部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的工作台1。通过该工作台1的扫描，第一摄像装置18及第二摄像装置20中的试样S的摄像视野相对性地依次移动。
作为工作台1的扫描方向，如图13(a)所示，采用一个分割区域40的扫描结束后，在与扫描方向正交的方向上使工作台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，也可以如图13(b)所示，采用在一个分割区域40的扫描结束后，使工作台1的位置返回到扫描开始位置，然后在同一方向上扫描下一个分割区域40的一方向扫描。在该情况下，只要仅在摄像面20a中、与第一面26对应的设定区域R2及与第二面27对应的设定区域R2的任一方设定第一摄像区域22A及第二摄像区域22B即可。
另外，图像取得之间的工作台1的扫描速度为一定，但实际上在扫描刚开始后，由于工作台1的振动等影响而存在扫描速度不稳定的期间。因此，如图14所示，设定比分割区域40长的扫描宽度，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、及工作台1进行减速的减速期间F分别优选在扫描分割区域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。此外，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。这种方法适于使用需要数据的背诵的摄像装置的情况。
图像生成部38是合成取得的图像并生成虚拟幻灯片图像的部分。图像生成部38依次接收从第一摄像装置18输出的第一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，基于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相关联并存储于虚拟幻灯片图像存储部39。在虚拟幻灯片图像存储部39中，由宏观图像取得装置M1取得的图像也可以进一步相关联。虚拟幻灯片图像也可以作为一个图像进行存储，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显示于监视器32中，由使用了规定的程序的自动设定或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，基于工作台1的扫描速度、第一摄像区域22A和第二摄像区域22B之间的间隔，设定直至第二摄像区域22B中的摄像开始的等待时间。
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)。在第一摄像装置18中的微观图像的取得时，第二摄像装置20中由第一摄像区域22A及第二摄像区域22B并基于前针的对比度值和后针的对比度值的差分解析物镜15相对于试样S的偏移方向，并实时地执行物镜15的位置的调整。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幻灯片图像(步骤S05)。
如以上说明的那样，在该图像取得装置M中，通过光路差生成部件21的配置，不进行焦点控制用的第二光路L2中的光的分支，就可以形成第二光学图像的光路长差。因此，抑制为了得到焦点位置的信息所需要的到第二光路L2的光量，可确保由第一摄像装置18进行摄像时的光量。另外，该图像取得装置M中，通过光路差生成部件21具有第一面26及第二面27，可以进行双方向扫描试样S的摄像视野的双方向扫描的实施。
在第一面26和第二面27的边界附近，在第一面26及第二面27上折射的光的一部分有时在第二摄像装置20的摄像面20a上重叠。认为当在摄像面20a上存在光重叠区域29时，焦点控制单元34中的第二图像的解析精度降低。与之相对，该图像取得装置M中，在第一面26和第二面27之间设有减少到达第二摄像装置20的摄像面20a的光的光减少部28。利用该光减少部28，可以缩小第二摄像装置20的摄像面20a上的光重叠区域29，在设定区域R2中可充分确保前针和后针之间的聚焦差的调节自由度。因此，可高精度地实施试样S的焦点位置的控制。
上述实施方式中，将光减少部28以金属箔等形成并设为光反射部，但也可以如例如图16(a)所示的光减少部48那样，将第一面26和第二面27形成的顶部附近形成为菲涅耳透镜形状并设为光反射部。菲涅耳透镜形状是将通常的透镜分割成同心圆状的区域并减少了厚度的透镜形状，成为锯齿状的截面形状。利用这种光减少部48，如图16(b)所示，也可以缩小第二摄像装置20的摄像面20a上的光重叠区域29，可高精度地实施试样S的焦点位置的控制。
另外，上述实施方式中，使用具有相对于与第二光路L2的光轴正交的面倾斜的第一面26及第二面27的光路差生成部件21，但如图17(a)所示，也可以使用在第一面56和第二面57之间具有与第二光路L2的光轴正交(与相对面55平行)的第三面59，且成为截面梯形的棱镜状的光路差生成部件51。该光路差生成部件51中，例如在第三面59的整个面上设置光减少部58。利用这种光减少部58，如图17(b)那样，也可以缩小第二摄像装置20的摄像面20a上的光重叠区域29，可高精度地实施试样S的焦点位置的控制。此外，图17的例子中，光减少部58作为光反射部图示，但也可以是光减光部、光遮光部、光吸光部。
另外，如图18(a)所示，也可以使用组合具有第一面66的成为截面三角的棱镜状的第一部件62和具有第二面67的成为截面三角的棱镜状的第二部件63而成的光路差生成部件61。该光路差生成部件61中，在邻接配置第一部件62和第二部件63时形成的凹部65的内壁的整个面上设置光减少部68。利用这种光减少部68，如图18(b)所示，也可以缩小第二摄像装置20的摄像面20a上的光重叠区域29，可高精度地实施试样S的焦点位置的控制。
也可以代替在凹部65的内壁上形成光减少部68，而如图19(a)所示，在凹部65内配置成为截面三角的棱镜状的光减少部70。在该情况下，光减少部70的底面相当于第三面69，并在第三面69上设置光减少部70。利用这种光减少部70，如图19(b)所示，也可以缩小第二摄像装置20的摄像面20a上的光重叠区域29，可高精度地实施试样S的焦点位置的控制。此外，在图18的例子中，光减少部68作为光反射部图示，但也可以是光减光部、光遮光部、光吸光部。同样，在图19的例子中，光减少部70作为光吸光部图示，但也可以是光反射部、光减光部、光吸光部。
另外，也可以通过使用具有多个像素列并且可滚动读出的二维摄像元件构成第二摄像装置20，且与工作台控制部37进行的工作台1的扫描同步地进行各像素列的滚动读出，取得第二图像。作为可滚动读出的二维摄像元件，可以使用例如CMOS图像传感器。
在该情况下，如图20(a)所示，在摄像面20a上，沿读出方向排列有多个通过沿与读出方向垂直的方向排列多个像素而成的像素列81。摄像元件中，如图20(b)所示，基于驱动时钟的驱动周期，输出重置信号、读出开始信号及读出结束信号，由此，对每个像素列81控制曝光及读出。一个像素列81的曝光期间是从伴随着重置信号的电荷的排出到伴随着读出开始信号的电荷的读出的期间。另外，一个像素列81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的期间。此外，也可以将对下一像素列的读出开始信号用作读出结束信号。
滚动读出中，对每个像素列81输出的读出开始信号以规定的时间差依次输出。滚动读出中的读出速度根据用于读出各像素列81的读出开始信号的时间间隔控制。当缩短读出开始信号的时间间隔时，读出速度加快，当延长读出开始信号的时间间隔时，读出速度变慢。邻接的像素列81、81间的读出间隔的调整可通过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、限定读出开始信号的时钟数的变更之类的方法实施。
通过使滚动读出和工作台控制部37进行的工作台1的扫描同步，来自试样S的同一部位的光学图像入射于各像素列81。该光学图像中，由配置于第二光路L2的光路差生成部件21等而产生光路长差。因此，即使不利用物镜控制部36驱动物镜15，来自各像素列81的图像数据中也分别包含在试样S的同一部位变更物镜15的焦点位置时的对比度信息。因此，通过从各像素列81中将两个像素列81选择为前针及后针，可基于前针的对比度值和后针的对比度值的差量解析物镜15相对于试样S的偏移方向。
另外，也可以不进行前针及后针的选择，而基于各像素列81所包含的对比度值的分布，求得聚焦焦点信息。在图21所示的例子中，表示从第一列的像素列81到第n列的像素列81的图像数据的对比度值，第i列的像素列81中的图像数据的对比度值成为峰值。在该情况下，焦点控制部34基于入射于第i列的像素列81的光的光路长，算出物镜15相对于试样S的合焦点信息。
这样，在使用可滚动读出的二维摄像元件构成第二摄像装置20的情况下，通过将光路差生成部件21等配置于第二光路L2，而不需要算出物镜15的聚焦焦点信息时的物镜15的驱动。因此，在上述实施方式的作用效果的基础上，还可以抑制焦点控制中的振动等的产生。
上述实施方式中，例示了生成虚拟幻灯片图像的装置，但本发明的图像取得装置如果是利用工作台等一边以规定的速度扫描试样一边取得图像的装置，则就可以适用于各种装置。
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…第一摄像装置(第一摄像单元)、20…第二摄像装置(第二摄像单元)、20a…摄像面、21、51、61…光路差生成部件、22A…第一摄像区域、22B…第二摄像区域、26、56、66…第一面、27、57、67…第二面、28、48、58、68、70…光减少部、29…光重叠区域、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)、59、69…第三面、81…像素列、L1…第一光路、L2…第二光路、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。

Claims (10)

1.一种图像取得装置，其特征在于，
具备：
工作台，其载置试样；
工作台控制单元，其以规定的速度扫描所述工作台；
光源，其向所述试样照射光；
导光光学系统，其包含将所述试样的光学图像向图像取得用的第一光路及焦点控制用的第二光路分支的光分支单元；
第一摄像单元，其取得由向所述第一光路分支的第一光学图像形成的第一图像；
第二摄像单元，其取得由向所述第二光路分支的第二光学图像形成的第二图像；
焦点控制单元，其解析所述第二图像，且基于该解析结果控制由所述第一摄像单元进行的摄像的焦点位置；
光路差生成部件，其配置于所述第二光路，沿着所述第二摄像单元的摄像面的面内方向在所述第二光学图像产生光路差，
所述光路差生成部件具有相对于与所述第二光路的光轴正交的面倾斜的第一面及第二面，
在所述第一面和所述第二面之间设有减少到达所述摄像面的光的光减少部。
2.根据权利要求1所述的图像取得装置，其特征在于，
所述光路差生成部件在所述第一面和所述第二面之间具有与所述第二光路的光轴正交的第三面，所述光减少部设于所述第三面。
3.根据权利要求1所述的图像取得装置，其特征在于，
所述第一面和所述第二面邻接，所述光减少部以包含所述第一面和所述第二面的边界部分的方式设置。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的图像取得装置，其特征在于，
所述光减少部是反射来自所述第二光路的光的光反射部。
5.根据权利要求1～3中任一项所述的图像取得装置，其特征在于，
所述光减少部是减少来自所述第二光路的光的光减光部。
6.根据权利要求1～3中任一项所述的图像取得装置，其特征在于，
所述光减少部是遮挡来自所述第二光路的光的光遮光部。
7.根据权利要求1～3中任一项所述的图像取得装置，其特征在于，
所述光减少部是吸收来自所述第二光路的光的光吸光部。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的图像取得装置，其特征在于，
还具备区域控制单元，其以避开在所述光路差生成部件的所述第一面及所述第二面进行折射的光重叠的光重叠区域的方式，在所述第二摄像单元的摄像面上设定第一摄像区域和第二摄像区域。
9.根据权利要求1～7中任一项所述的图像取得装置，其特征在于，
所述第二摄像单元具有二维摄像元件，所述二维摄像元件具有多个像素列并且能够滚动读出，通过与由所述工作台控制单元进行的所述工作台的扫描同步地进行各像素列的滚动读出，从而取得所述第二图像。
10.一种图像取得装置的聚焦方法，其特征在于，
该图像取得装置具备：
工作台，其载置试样；
工作台控制单元，其以规定的速度扫描所述工作台；
光源，其向所述试样照射光；
导光光学系统，其包含将所述试样的光学图像向图像取得用的第一光路及焦点控制用的第二光路分支的光分支单元；
第一摄像单元，其取得由向所述第一光路分支的第一光学图像形成的第一图像；
第二摄像单元，其取得由向所述第二光路分支的第二光学图像形成的第二图像；
焦点控制单元，其解析所述第二图像，且基于该解析结果控制所述第一摄像单元的摄像的焦点位置；
所述聚焦方法中，
将具有相对于与所述第二光路的光轴正交的面倾斜的第一面及第二面并且沿着所述第二摄像单元的摄像面的面内方向在所述第二光学图像产生光路差的光路差生成部件配置于所述第二光路，
在所述第一面和所述第二面之间设置光减少部，减少到达所述第二摄像单元的摄像面的光。
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