JP2006284965A - 顕微鏡装置及び拡大画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 走査時の撮像位置のずれにかかわらず、試料の撮像を高品質で、迅速に行なうことができる顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】 顕微鏡装置１００は、駆動部２と、顕微鏡３と、顕微鏡３で拡大した試料を走査して撮像するラインセンサ４と、ラインセンサ４の撮像画像から試料の拡大画像を作成する制御コンピュータ１５０とを備える。制御コンピュータ１５０は、駆動部２を制御して、１回の走査が終了する度にラインセンサ４のＹ軸方向の位置を変更しながら、試料１をＸ軸方向に走査する。制御コンピュータ１５０は、各撮像位置で試料１を撮像する際に、ラインセンサ４の撮像位置のＹ軸方向のずれを求めて記録する。制御コンピュータ１５０は、各部分画像を合成する際に、記録しておいたずれ量を考慮して、位置合わせして合成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、イメージセンサによって試料を走査しつつ撮像する顕微鏡装置と拡大画像生成方法に関する。

顕微鏡による様々な観察・検査が頻繁に行われている。また、近時のディジタル画像技術の進歩に伴って、拡大画像をＣＣＤカメラなどで撮影して表示するタイプの顕微鏡も広く用いられるようになっており、例えば、ラインＣＣＤカメラを用いた顕微鏡装置が特許文献１に開示されている。

特許文献１に開示されているような顕微鏡装置を用いて観察・測定対象の試料の画像を取得する際、試料をＸ−Ｙステージ上に載置し、Ｘ−Ｙステージを操作しながら試料を順次撮影する。

Ｘ−Ｙステージを駆動する駆動部には所謂ガタが存在し、また、駆動時に振動が発生するため、ラインＣＣＤのライン方向の撮影位置が一定しない。このため、図１２（ａ）に示すように、各撮像画像が相対的に変位してしまい、図１２（ｂ）に模式的に示すように、合成した際に、継目がずれて画質が低下してしまうという問題がある。

このような問題を解決できる撮像装置が特許文献２に開示されている。この特許文献には、ラインセンサの走査方向と平行に基準ラインを設け、基準ラインを撮像することによりラインセンサのライン方向の位置のずれ量を測定し、感光ドラムの記録位置を補正する技術が開示されている。しかし、この手法は、１回の走査で走査領域全体を走査できるコピー機等には適用できるが、特許文献１に開示されているようなＸ−ＹステージをＹ軸方向にシフトしつつ走査領域を複数回走査することによりに撮像を行う顕微鏡には適用困難である。

また、特許文献３には、撮像時の走査位置のずれを検出して補正することができる顕微鏡装置が開示されている。しかし、この顕微鏡装置は、光源スポットをラスタスキャンするタイプのものであり、特許文献１に開示されているＸ−Ｙステージを駆動するタイプの顕微鏡にそのまま適用することはできない。

また、試料の表面に凹凸があるため、明瞭な撮像画面を得るためには、焦点距離も正しく設定する必要があるが、走査しながらの焦点距離の設定は困難である。
特開２００３−２９５０６３号公報 特開２００１−１４４９１３号公報 特開２０００−３９５６０号公報

そこで本発明の目的は、試料の撮像を高鮮明度で行なうことができる顕微鏡装置と拡大画像生成方法を提供することにある。
また、本発明の目的は、簡単な構成で試料の撮像を迅速に行なうことができる顕微鏡装置と拡大画像生成方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の第１の観点に係る顕微鏡装置は、
試料を載置し、Ｘ軸方向及び該Ｘ軸方向に交差するＹ軸方向に移動するＸ−Ｙステージと、
前記Ｘ−Ｙステージ上に載置された試料の像を拡大する顕微鏡と、
前記顕微鏡により拡大された像を撮像する撮像手段と、
前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向に移動して、前記撮像手段により前記試料をＸ軸方向に走査して撮像することにより複数の分割画像を生成し、Ｘ軸方向の走査終了後、前記Ｘ−ＹステージをＹ軸方向に移動することによりＹ軸方向の位置を変更するとともに前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向に移動してＸ軸方向の走査を開始するように前記Ｘ−Ｙステージと前記撮像手段とを制御する制御手段と、
前記Ｘ−ＹステージのＹ軸方向の位置を検出してＹ軸方向の位置情報を出力するＹ位置検出手段と、
Ｙ軸方向の位置情報に基づいて、前記撮像手段で撮像した前記複数の分割画像のＹ軸方向の位置を補正して、前記複数の分割画像を合成して前記試料の拡大画像を作成する画像処理手段と、
を備えることを特徴とする。

前記Ｘ−ＹステージのＸ軸方向の位置を検出するＸ位置検出手段を配置し、前記Ｘ位置検出手段で検出されたＸ軸方向の位置情報に基づいて、前記制御手段が前記撮像手段を制御して前記複数の分割画像を生成するようにしてもよい。

例えば、前記Ｘ位置検出手段と前記Ｙ位置検出手段とは、それぞれ、エンコーダから構成されている。

例えば、前記撮像手段により１つの分割画像を撮像している間に、前記Ｘ位置検出手段を構成するエンコーダからパルスが出力される度に前記制御手段が前記Ｙ位置検出手段によるＹ軸方向の位置情報を取得し、当該Ｙ軸方向の位置情報の平均値からＹ軸方向の分割画像の補正量を求める。

前記撮像手段により１つの分割画像を撮像している間に、前記制御手段が前記Ｙ位置検出手段によるＹ軸方向の位置情報を１回取得し、この位置情報に基づいてＹ軸方向の分割画像の補正量を求める、画像処理手段は、この補正量に基づいて、各分割画像の合成位置を調整して合成する。

前記制御手段には、撮像手段の出力画像データに基づいて、前記撮像手段の走査中に前記撮像手段の焦点位置を調整する焦点位置調整手段が設けられていてもよい。

上記目的を達成するため、本発明の第２の観点に係る拡大画像生成方法は、
試料の像を顕微鏡で拡大し、
前記試料に対して撮像手段を所定の走査方向に相対的に走査しつつ当該撮像手段によって前記試料の像の分割撮像を繰り返すとともに、１回の走査が終了すると、走査対象範囲を前記走査方向に直交する方向へシフトして、走査する処理を繰り返して実行し、
走査中の前記撮像手段の前記走査方向に直交する方向への前記撮像手段の変位量を測定し、
前記撮像手段で撮像した前記複数の分割画像の合成位置を前記撮像手段で測定した変位量に基づいて補正して、前記複数の分割画像を合成して前記試料の拡大画像を作成する、
ことを特徴とする。

上記目的を達成するため、本発明の第３の観点に係るコンピュータプログラムは、 コンピュータに、
試料が載置されたステージと撮像手段とを相対的に移動することにより、試料を前記撮像手段により所定の走査方向に走査して前記試料の拡大像の分割撮像を繰り返すとともに、１回の走査が終了すると、走査対象範囲を前記走査方向に直交する方向へシフトして、走査する処理を繰り返して実行し、
走査中の前記撮像手段の前記走査方向に直交する方向への前記撮像手段の変位量を測定し、
前記撮像手段で撮像した複数の分割画像の合成位置を前記撮像手段で測定した変位量に基づいて補正して、前記複数の分割画像を合成して前記試料の拡大画像を作成する、
処理を実行させる。

上記構成によれば、走査中位置を検出して、合成時に位置を補正して合成するので、走査位置の変位により撮像位置がぶれても、適切に補正して画像を合成することが可能となる。

以下、図１〜図１０を参照しつつ、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡装置１００を説明する。

顕微鏡装置１００は、図１に示すように、顕微鏡部１１０と制御コンピュータ１５０とから構成されている。

図２に詳細に示すように、顕微鏡部１１０は、染色された細胞やプラスチックで形成された固体飛跡検出器等の試料１を移動させる移動部２と、試料1の像を拡大する顕微鏡３と、顕微鏡３により拡大された試料の像を撮像するラインセンサ４と、を備える。移動部２と顕微鏡３とは、Ｌ字型の架台７によって、それぞれ支持されている。

移動部２は、架台７の水平部に設置されており、試料１を、左右及び前後方向（Ｘ−Ｙ軸方向）に水平移動させるＸ−Ｙステージ２１を備える。Ｘ−Ｙステージ２１は、図示せぬ駆動用のモータ（図５を参照して後述するＸ軸モータ１３１とＹ軸モータ１３２）により駆動される。モータは、制御コンピュータ１５０によってコントロールされ、所定の位置に試料１を移動させる。

Ｘ−Ｙステージ２１の上には、試料台２２が配置されている。試料台２２には、例えば、プレパレートにセットされた試料１が配置され、Ｘ−Ｙ２１の動きに合わせて試料１も移動する。試料台２２の下には、コンデンサレンズ２３が配置されている。また、Ｘ−Ｙステージ２１の近傍にはエンコーダ２４（図５に示すＸエンコーダ２４Ｘ及びＹエンコーダ２４Ｙ）が配置されており、Ｘ−Ｙステージ２１のＸ軸方向及びＹ軸方向の移動量に対応するパルスを制御コンピュータ１５０に供給する。また、ラインセンサ４によって取得したライン画像のＹ軸方向の位置補正（ずれ補正）は、Ｙエンコーダ２４Ｙの出力に基づいて行われる。

顕微鏡３は、光学顕微鏡から構成されており、対物レンズ３１と、試料１を照射する落射照明部３２と、制御用撮像ユニット３３と、鏡筒３４と、目視観察用の接眼レンズ３５と、顕微鏡３の位置を上下方向（Ｚ軸方向）に調整する（移動する）Ｚ軸制御部３６と、から構成される。

対物レンズ３１は、例えば、１０倍及び２０倍のレンズから構成され、レボルバ３７によって、切り替え可能に構成されている。

落射照明部３２は、内蔵する光源からの光を、顕微鏡３の光軸に沿うよう屈曲させて試料１に照射し、試料１からの反射光を得る。また、透過照明も照射できるように架台７には、外部光源からの光を導入する光ファイバ８が設けられている。

制御用撮像ユニット３３は、２次元ＣＣＤセンサ３３１を備え、比較的広いエリアの画像を撮像して、制御コンピュータ１５０に出力する。２次元ＣＣＤセンサ３３１の画像を用いて、ラインセンサ４を走査して高解像度の画像を取得する範囲や、おおよそのフォーカス位置（ラインセンサ４の位置）などを簡便に設定可能である。

２次元ＣＣＤセンサ３３１は、例えば、縦横６４０ × ４８０ ＝ 約３１万画素の比較的小容量のものである。２次元ＣＣＤセンサ３３１は、図３に示すように、試料１の表面であって、ラインセンサ４の撮像範囲Ｃを挟む比較的広い範囲Ｅを撮像する。

鏡筒３４は、目視観察用の接眼レンズ３５と、ラインセンサ４とを支持する。

鏡筒３４の側部は、Ｚ軸制御部３６を介して、Ｌ字型架台７の直立部分に取り付けられている。Ｚ軸制御部３６は、架台７に固定されたスライド板３６ａと鏡筒３４に固定されたスライド板３６ｂと、Ｚ軸モータ３６１とを備える。

図４に示すように、スライド板３６ａと３６ｂとの一方には、Ｚ軸モータ３６１と、Ｚ軸モータ３６１の回転軸３６２に固定されたピニオンギア３６３と、回転軸３６２と共軸に構成された操作つまみ３６４とを備える。また、スライド板３６ａと３６ｂとの他方には、ラック３６５が形成されており、ラック３６５にピニオンギア３６３が係合して、ラックアンドピニオン機構を構成している。モータ３６１の回転駆動及び操作つまみ３６４の回転駆動により、ピニオンギア３６３が回転し、ラック３６５を駆動する。このため、架台７に固定されているスライド板３６ａに対してスライド板３６ｂが上下方向にスライドして、鏡筒３４が上下（Ｚ軸方向）に移動する。

目視観察用の接眼レンズ３５は、対物レンズ３１からの光軸をプリズムで傾けて、目視観察が容易になるようにしている。

ラインセンサ４はケースに収納されており、このケースは、鏡筒３４の先端に着脱可能に装着される。装着部は、例えば、Ｆマウントを採用する。

ラインセンサ４は、例えば、１辺が７マイクロメートルの電荷結合素子を１個ずつ、直線状に約４０００（１×（４０００＋α））個(αは一例として９６個)配列して構成されたラインＣＣＤから構成されている。後述するように、本実施の形態においては、ラインセンサ４のＹ軸方向のずれ量を検出して画像合成の際にこれを補正する。この補正する使用するため、画素数は、画像合成に使用する４０００個に対してα個だけ余裕をもっている。
ラインセンサ４は、撮像倍率が１０倍の場合は、幅（ｄＸ）が、７マイクロメートル ÷ １０ ＝ ０．７マイクロメートル、長さ（ｄＹ）が、７マイクロメートル × 約４０００個 ÷ １０ ＝ 約２．８ミリメートルの範囲（図３の範囲Ｃ）を、一度に撮像することができる。

ラインセンサ４は、移動部２によってＸ軸方向に移動する試料１を、この範囲毎に順次撮像し、各々のライン画像データを連結コード（図示せず）を介して、制御コンピュータ１５０に伝達する。即ち、ラインセンサ４は、試料１に対して相対運動を行って、顕微鏡３により拡大された試料１の像を走査（スキャン）し、対応する画像データを制御コンピュータ１５０に供給する。なお、撮像の際、Ｘ−Ｙステージ２１を移動すると、振動などにより、Ｘ−Ｙステージ２１は本来の位置からラインセンサ４のライン方向（図３のＹ軸方向）にもわずかにずれて移動してしまう。このため、顕微鏡装置１００は、このＹ軸方向のずれを検出して、撮像画像を合成する際に位置を補正する機能を有する。

図１に示す制御コンピュータ１５０は、コンピュータ装置から構成され、図１に示すように、演算処理部５１、表示部５２、画像データを記録する画像記録装置５３、を備える。演算処理部５１は、例えば、試料１の撮像領域の設定、移動部２のＸ軸方向及びＹ軸方向への移動と位置制御、オートフォーカスのためのＺ軸方向の調整、ラインセンサ４への撮像実行指示、ラインセンサ４からのライン画像データの取り込み、ライン画像データから撮像領域の全体画像を作成する処理などを行う。

図５に演算処理部５１を中心とした回路ブロック図を示す。
図に示すように、演算処理部５１には、移動部２、Ｚ軸制御部３６、撮像部１２３、画像ＲＡＭ１２４、画像記録装置５３、データ通信部１２５などが接続される。

移動部２は、Ｘ軸駆動部１２１、Ｙ軸駆動部１２２、Ｘ軸エンコーダ２４Ｘ，Ｙ軸エンコーダ２４Ｙ、を備える。
Ｘ駆動部１２１は、演算処理部５１の制御に従ってＸ軸モータ１３１を駆動して、Ｘ−Ｙステージ２１をＸ軸方向に移動する。
Ｙ駆動部１２２は、演算処理部５１の制御下に、Ｙ軸モータ１３２を駆動して、Ｘ−Ｙステージ２１をＸ軸方向に直交するＹ軸方向に移動する。

Ｘ軸エンコーダ２４Ｘは、リニアエンコーダ等から構成され、Ｘ−Ｙステージ２１がＸ軸方向に動くと、その向きと移動距離に応じたパルス列を出力する。演算処理部５１は、パルス数及び位相等を判別することにより、Ｘ−Ｙステージ２１のＸ軸方向の移動方向と移動距離とを判別する。

Ｙ軸エンコーダ２４Ｙは、リニアエンコーダ等から構成され、Ｘ−Ｙステージ２１がＹ軸方向に動くと、その向きと移動距離に応じたパルス列を出力する。演算処理部５１は、パルス数及び位相等を判別することにより、Ｘ−Ｙステージ２１のＹ軸方向の移動方向と移動距離とを判別する。

Ｚ軸制御部３６は、前述のＺ軸モータ３６１と、Ｚ駆動部１３２及びＺ軸エンコーダ３６３とから構成される。Ｚ駆動部３６２は、演算処理部５１の制御下に、Ｚ軸モータ３６１を駆動して、顕微鏡３をＺ軸方向（上下方向）に移動する。Ｚ軸エンコーダ３６３は、リニアエンコーダ等から構成され、顕微鏡３がＺ軸方向に動くと、その向きと移動距離に応じたパルス列を出力する。演算処理部５１は、パルス数及び位相等を判別することにより、顕微鏡３の移動方向と移動距離とを判別する。

撮像部１２３は、前述の２次元エリアCCDセンサ３３１とラインセンサ４を備え、画像を取得して演算処理部５１に供給する。

画像ＲＡＭ１２４は、演算処理部５１が様々な処理のワークメモリとして使用する。

画像記録部５３は、大容量記憶装置等から構成され、撮像した画像を記録する。
データ通信部１２５は、外部装置との間で様々な通信を行う。

次に、図１〜図１０を参照して、本実施の形態の顕微鏡装置１００の動作を説明する。
顕微鏡装置１００を用いて試料を測定・観察などする場合には、図６に概略的に示すように、まず、観察対象の試料１を、試料台２２の上面にセットする（ステップＳ１１）。次に、試料１の測定領域１１を設定する（ステップＳ１２）。

測定領域１１は、図７に示すように、試料１の表面上の撮像対象の矩形形状の範囲である。この範囲を確定することにより、ラインセンサ４で順次撮像するライン画像の撮像の、始点１１ａと終点１１ｂとを設定することができる。

測定領域１１は、目視観察用の接眼レンズ３５を見ながら設定可能である。また、２次元ＣＣＤセンサ３３１の撮像領域Ｅ（図３参照）を表示部５２に表示させ、表示画像上で測定領域１１を指定するようにしてもよい。例えば、２次元ＣＣＤセンサ３３１により、図７に示すほぼ矩形形状をした試料１の対角線上にある一端の角部近傍の位置１１ａ周辺を表示部５２に表示させて、ラインセンサ４による撮像開始点を設定し、次に対角線上にある角部近傍の位置１１ｂ周辺を表示させて撮像終了点を設定し、それらの位置をパソコンに登録する。これにより、位置１１ａと１１ｂのＸＹ座標が、移動部２の移動始点と終点位置に対応する情報として、演算処理部５１に記録される。

測定領域１１のＹ軸方向をラインセンサ４の長さｄＹで区分した帯が、ラインセンサ４の１回の走査で撮像できる領域である。従って、ラインセンサ４によって試料１を撮像する場合には、演算処理部５１からの指示によって、Ｘ軸モータ１３１及びＹ軸モータ１３２を駆動し、撮像位置を最初の撮像位置である内側位置１１ａから、最後の撮像位置である水平方向位置１１ｂまで順次移動させる。

測定領域１１の設定が終わると、２次元ＣＣＤセンサ３３１の映像に基づいて、焦点距離を自動設定する。例えば、２次元ＣＣＤセンサ３３１の撮像画像のエッジ部分と背景部分とがはっきりしている、すなわち鮮鋭度の高い焦点位置をピントのあった位置として設定する（ステップＳ１３）。具体的には、Ｚ軸モータ１３３を駆動して、鏡筒３４を上下に移動し、フォーカスレベルが最も高くなる位置に鏡筒３４の位置を設定する。

続いて、ラインセンサ４で測定領域１１をスキャンして撮像を行い（ステップＳ１４）、その結果を表示する（ステップＳ１５）。

次に図８と図９を参照しつつ、ラインセンサ４で測定領域１１を走査して、試料１を撮像するステップＳ１４の手順を説明する。
この撮像は、演算処理部５１に内蔵してあるプログラムによって制御される。

演算処理部５１は、Ｙ軸方向の撮影位置（走査数）を指定するポインタｍに１を設定する（ステップＳ２１）。
続いて、X軸方向の撮影位置（１走査中のライン画像の番号）を指定するポインタｎに１を設定する（ステップＳ２２）。
続いて、ラインセンサ４の撮影位置（初期位置）が（Ｘ，Ｙ）＝（ｄＸ・（ｎ−１），ｄY ・（ｍ−１））となるように、移動部２を制御して、Ｘ−Ｙステージ２１を移動する。当初は、（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）の位置にラインセンサ４の撮像範囲が位置するように、エンコーダ２４（２４Ｘ，２４Ｙ）の出力を監視しつつモータ１３１，１３２を駆動して、試料台２１を移動することにより、試料１を移動させる（ステップＳ２３）。このＸＹ座標（０、０）位置は、図７に示す測定領域１１の左下隅１１ａであり、この点が撮像を開始する始点となる。

続いて、オートフォーカス処理（焦点位置の自動調整）を開始させる（ステップＳ２４）。オートフォーカス処理については、図９と図１０を参照して後述する。

続いて、第ｎライン目の撮像を行い、画像を画像ＲＡＭ１２４に記憶する（ステップＳ２５）。即ち、位置（Ｘ，Ｙ）＝（０，０）＝（ｄＸ・（ｎ−１），ｄＹ・（ｍ−１））を、ラインセンサ４で撮像し、その画像（ライン画像）を第ｎのライン画像として記録する。

続いて、Ｘ軸モータ１３１を駆動して、Ｘ−Ｙステージ２１をＸ軸方向に一定の速度Ｖｘで移動させる処理を開始させる（ステップＳ２６）。即ち、ラインセンサ４による試料１のＸ軸方向の走査を開始させる。以後、移動部２は指示があるまで、一定速度ＶｘでステージをＸ軸方向に移動する。

次に、演算処理部５１は、ポインタｎを＋１する（ステップＳ２７）。
さらに、Ｘ軸エンコーダ１３１からのパルスをカウントするＸエンコーダパルスカウンタのカウント値を０にリセットする（ステップＳ２８）。

続いて、演算処理部５１は、Ｘ軸エンコーダ１３１から供給されるパルスの数をカウントするＸ軸エンコーダパルスカウンタを監視し、このパルス数が所定値ｐに達するまで待機する（ステップＳ２９）。所定値ｐは、Ｘ−Ｙステージ２１が、ラインセンサ４の幅ｄＸだけ移動したときに、Ｘ軸エンコーダ１３１が出力するパルス数に等しい。

Ｘ−Ｙステージ２１が、Ｘ軸方向にラインセンサ４の１撮像幅ｄＸ分だけ移動すると、カウント値がｐに達し、ステップＳ２９でＹｅｓと判別され、その位置でのラインセンサ４からの画像（１ライン画像）を記録する（ステップＳ３０）。即ち、２番目、３番目．．．の計測位置（ｄＸ，ｄＹ・（ｍ−１））、（２・ｄＸ，ｄＹ・（ｍ−１））．．．におけるラインセンサ４からのライン画像を記録する。

さらに、Ｙ軸エンコーダ１３２が示す変位量ΔＹを変位量Ｓ（ｎ）として記憶する。これは、座標（０，ｄＹ・（ｍ−１））の各走査の開始位置のＹ軸方向の位置基準として、撮像位置がＹ軸方向にどの程度ずれたかを示す値である。換言すれば、ｍ＝１の場合であれば、本来（ｄＸ，０）、（２・ｄＸ，０）．．．の位置にあるべき撮像位置が、実際には、（ｄＸ，Ｓ（２））、（２・ｄＸ，Ｓ（３））．．．．の位置にあり、Ｙ軸方向にＳ（２）、Ｓ（３）．．．．だけずれていることを示す。

演算処理部５１は、ステップＳ３０で取り込んだ第ｎのライン画像とステップＳ３１で求めた変位量Ｓ（ｎ）を対応付けて記録する。

演算処理部５１は、ｎ＝Ｌであるか否か、即ち、ラインセンサ４が図７に示す測定領域１１の右下隅に到達したか否かを判別し（ステップＳ３２）、到達していなければ（ステップＳ３２；Ｎｏ）、ステップＳ２７にリターンし、
ステップＳ２７〜Ｓ３１の処理を繰り返して、第ｎライン画像とそのライン画像のＹ軸方向のずれ量Ｓ（ｎ）とを対応付けて順次記録する。

一方、ステップＳ３２で、ラインセンサ４が長さｄＸ・Ｌだけ走査して、ラインセンサ４の撮像領域が測定領域１１の右下隅に到達したと判別すると（ステップＳ３２；Ｙｅｓ）、即ち、Ｙ座標＝ｄＹ・（ｍ−１）の１列について撮像データの取り込みが完了すると、演算処理部５１は、オートフォーカス処理の終了を指示すると共に移動部２に移動の停止を指示する（ステップＳ３３）。

続いて、演算制御部５１は、今回取得した１走査分の画像を合成する処理を開始する。

まず、ステップＳ３４において、ライン画像の番号を示すポインタｉを１にセットする。

次に、第ｉの画像を読み出し、その画像のＹ軸方向の位置をＳ（ｉ）分だけ補正して合成する。なお、Ｓ（０）＝０である。即ち、画像の座標位置を（ｄｘ・ｉ，Ｓ（ｉ））という、実際の撮影位置とした上で、画像を合成する（ステップＳ３５）。このとき、図１２（ｃ）のようにラインＣＣＤには４０００個の有効画素（アドレス範囲１〜４０００番地）の前後に合計α個のマージン部分を設けておき、ずれ量に伴う画素数の減少を回避している。図１２（ｃ）で、斜線部分は、ライン画像の合成時に用いられないデータを表す。図１２（ｃ）の例では、１ライン目でアドレス範囲１〜４０００番地のデータを合成し、２ライン目で２〜４００１番地のデータを合成している。即ち、第２ライン目以降では、第１ライン目のアドレス範囲１〜４０００の位置に対応する画素の画像を抽出（切り出して）合成する。換言すれば、各ラインの画像をそのまま合成し、第１ライン目のマージン領域に相当する部分を削除する。なお、マージン部分を越える補正量Ｓ(ｉ)が設定された場合には、想定外の振動や衝突がおきたと考えられ、エラー表示をして撮像を中止する。

続いて、ポインタｉを＋１し（ステップＳ３６）、ｉがＬより大きいか否かを判別することにより、１走査分の画像合成が終了したか否かを判別する（ステップＳ３７）。

１走査分の画像合成が終了していないと判別した場合（ステップＳ３７；Ｎｏ）、ステップＳ３５にリターンして、次にライン画像について同様の合成処理を実行する。

１走査分の画像合成が終了したと判別した場合（ステップＳ３７；Ｙｅｓ）、ステップＳ３８に進み、走査数を示すポインタｍを＋１し（ステップＳ３８）、ｍがＲより大きいか否かを判別することにより、全撮像領域１１についての処理が終了したか否かを判別する（ステップＳ３９）。

ｍがＲ以下であれば（ステップＳ３９；Ｎo）、次の１走査分の画像を処理するため、ステップＳ２２にリターンし、ｎ＝１として（ステップＳ２２）、Ｘ＝０、Ｙ＝（ｍ−１）・ｄＹの位置に、移動部２によって測定位置を移動させる（ステップＳ２３）。この位置は、図６に示す測定領域１１の左下隅１１ａと、同一のＸ座標で、ラインセンサ４の長さｄＹ分だけＹ軸方向に移動した位置である。

そして、Ｙ座標＝ｄＹの位置において、測定領域１１の左端から右端まで走査して、順次ライン画像を取り込む。このようにして、試料１の画像を左から右へ走査しながら記録し、１回の走査が終了する度に、走査位置をＹ軸方向にｄＹだけ移動して走査を行う。そして、ｍ＞Ｒに達すると（ステップＳ３９；Ｙｅｓ）、測定領域１１の全領域を撮像したと判断して、撮像処理を終了し、メインルーチンにリターンし、合成した画像を表示部５２へ表示させる（図６；ステップＳ１５）。

このような構成・動作によれば、ライン画像を撮影する際に、撮像位置のＹ軸方向のずれΔＹをＳ（ｎ）として記録して、各ライン画像を際に実際の位置に合成する。従って、例えば、撮像位置が図１２（ａ）に示す様な位置関係にあるライン画像が複数取得できた場合に、図１２（ｂ）に示すように合成するのではなく、図１２（ｃ）に示すように合成する。即ち、そのままに画像を合成し、する。従って、元の画像を忠実に再現することができ、Ｘ−Ｙステージ２１のガタや振動による位置ずれの影響を軽減することができる。

上述のようにして試料１をラインセンサ４で走査及び撮影している間、制御部５は、図１０に模式的に示すように、試料１の表面の凹凸に追従してその位置をＺ軸方向で移動し、焦点位置が試料１の表面に位置するように制御する。

この焦点位置を制御する動作を説明する。
まず、図８のステップＳ２３で、オートフォーカスの開始の指示があると、図９の処理を開始する。
まず、モータ３６１を制御して、ステップＳ１２で求めておいたおおよその焦点位置にラインセンサ４の位置を移動する（ステップＳ４１）。

次に、ラインセンサ４の位置調整方向を上方向（＋Ｚ軸方向）に設定する（ステップＳ４２）。

次に、所定ライン数（任意の自然数ｍ）の画像が取得できたか否かを判別し（ステップＳ４３）、ｊライン分の画像が得られるまで待機する。

ｊライン数分のライン画像が取得できると、合焦点（焦点が合致しているか否かを示す指数）を計算する（ステップＳ４４）。即ち、直近ｊライン分のライン画像（サイズｊ・ｄＸ×ｄＹの画像）から、例えば、輝度信号の鮮鋭度など画像のエッジがはっきりしている等の焦点が合っている程度を示す指標を求める。

続いて、ステップＳ４４で求めた合焦点をレジスタＲＡに記録する（ステップＳ４５）。

続いて、モータ３６１を駆動して、所定量ｄＺだけラインセンサ４をＤｉｒの方向（上方向）に移動する（ステップＳ４６）。

続いて、直前のｊ画像ライン分の画像を取得し（ステップＳ４７）、合焦点を計算する（ステップＳ４８）。

続いて、今回のライン画像の中に、試料１の画像中に予定されている色の成分が含まれているか否かを判別する（ステップＳ４９）。例えば、試料１が細胞などの場合、観察のために染料で染めることが通常行われている。そこで、取得した画像内にこの染料の色に相当する色の成分が存在すれば、試料１を観察していることになるが、その色成分がなければ、試料の画像がふくまれていないことになる。

指定色の情報がなければ、今回のライン画像は試料１以外の画像であるので、その画像を処理せずにステップＳ４７に戻って、同様の処理を繰り返す。
一方、指定色の情報があれば、レジスタＲＡに格納されている直前の合焦点と今回計算した合焦点とを比較する（ステップＳ５０）。

レジスタＲＡに格納されている直前の合焦点の方が今回求めた合焦点よりも優れていれば（フォーカスレベルが高ければ）、即ち、今回の合焦点の度合いが直前よりも悪く（低く）なっていれば、Ｄｉｒの方向（ラインセンサ４の移動方向）を現在の値と逆方向に指定する（ステップＳ５１）。その後、ステップＳ４５にリターンし、ステップＳ４８で計算した合焦点でレジスタＲＡを更新し、ラインセンサのＺ軸方向の位置をｄＺだけ更新したＤｉｒの方向に修正する。

一方、ステップＳ５０で今回の合焦点の方が優れているか直前の合焦点と等しい（今回の画像のフォーカスレベルが直前の画像のフォーカスレベルよりも高いか等しい）と判別された場合には、Ｄｉｒの方向はそのままで、ステップＳ４５に戻って、ステップＳ４８で計算した合焦点でレジスタＲＡを更新し、ラインセンサのＺ軸方向の位置をｄＺだけ従前と同一のＤｉｒの方向に修正する。

図８の撮像動作と図９のオートフォーカス動作とは、同期して実行されるものではないが、撮像動作を実行している間、オートフォーカスを続けることにより、図１０に模式的に示すように、試料１の表面の凹凸に追従して焦点位置にラインセンサ４が配置され、ライン画像が取得される。

また、今回撮影した画像が所定の色の情報を含むか否かを判別して、合焦点の調整を行っているので、例えば、試料以外の部分を撮影している際に、不要な追従動作を行う必要がない。

なお、上述の例では、フォーカスレベルの判定の際、鮮鋭度を用いたが、このほか、コントラスト（画像の最大輝度／最小輝度）や輝度の分散を用いてもよい。また、上述の例で直前の合焦点と今回の合焦点の値が等しい場合にＤｉｒの方向をそのままとしたが、逆方向としてもよい。

また、上述の例では、ラインセンサ４による撮影を図６の図面左から右の列方向（＋Ｘ軸方向）にスキャンしたが、ジグザグ（交互）に行うようにしてもよい。例えば、奇数番目のラインでは、左から右（＋Ｘ軸方向）に、偶数番目のラインでは右から左（−Ｘ軸方向）にスキャンして画像を取得するようにしてもよい。

上記実施の形態では、１回の撮像について、１回Ｙ軸方向の変位量Ｓ（ｎ）を求めたが、変位量の求め方は任意である。例えば、図１１に示すように、Ｘエンコーダ１３１からパルスが出力される度にその時点でのずれ量ΔＹを累算し（ステップＳ５３）、最後に累算値をｐで除算して（ステップＳ５４）、Ｓ（ｎ）の平均値を求め、この平均値で、撮像画像の合成位置を補正する等してもよい。

また、上述の例では、ラインセンサ４を固定して移動部２により試料１を移動することにより、ラインセンサ４で試料１を走査したが、ラインセンサ４と試料１とを相対運動できれば、その構成自体は任意であり、試料１を固定して、対物レンズ３１を移動する構成としてもよい。

上述の例では、Ｚ軸駆動部３６をラックアンドピニオン方式で構成したが、これに限らず、ボールねじ等他の駆動機構を用いてもよい。

また、上述の例では、ラインセンサ４のＺ軸方向の調整量ｄＺを固定値としたが、可変量としてもよい。例えば、レジスタＲＡに格納されている前回の合焦点を示す指標Ｉt-1と今回の合焦点を示す指標Itとの差分ΔＩを求め、この差分に応じてｄＺを調整するようにしてもよい。例えば、Ｚ軸方向を正として、ｄＺ＝ｋ_１・ΔＩ＋ｋ_２∫ΔＩ＋ｋ_３ｄΔＩ／ｄｔ （ｋ_１，ｋ_２，ｋ_３は定数） から、焦点位置のＺ軸上の調整方向と調整量とを求めてもよい。上式の右辺の１項又は２項のみを用いてｄＺを決定してもよい。

なお、ラインセンサ４の構成は任意であり、ＣＣＤを１個づつ約４０００個配列する場合に限らない。より短く或いは長く配列してもよい。さらに、ラインセンサではなく、２次元ＣＣＤを使用することも可能である。２次元ＣＣＤを使用する場合には、例えば、２次元ＣＣＤで試料１をＸ軸方向に走査し、２次元ＣＣＤがＸ軸方向にその幅（ｄＸ）分移動する度に、撮像を行って、今回の撮像画像のコントラストと前回の撮像画像のコントラストとを比較する。

また、ラインセンサ４の各々の画素のサイズは、小さい方が解像度の良い画像を撮像できるが、大きいサイズの画素を使用する場合には、撮像の拡大率を大きくすれば、解像度の良い画像を撮像することができる。

なお、撮像装置として、ＣＣＤセンサを使用する例を示したが、ＣＭＯＳセンサ等でもよい。また、上述の例では、オートフォーカス用ラインセンサは撮像用ラインセンサ４と共通の構成としたが、別々の構成としても良い。

一般のコンピュータに、図８〜図１１等を参照して説明した顕微鏡の制御動作を行わせるためのコンピュータプログラム及びデータをＣＤ−ＲＯＭ等の記録媒体に格納して配布したり、搬送波に重畳して通信回線を介して送信及び配布したりしてもよい。これらのプログラムは任意のコンピュータにダウンロード・インストールされる。この場合、該コンピュータは、上述の制御部５と同様の機能を備えるものとなる。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡装置の正面図である。 図１に示す顕微鏡装置の側面図である。 顕微鏡の視野とラインセンサの撮像領域と２次元ＣＣＤの撮像領域との関係を示す図である。 Ｚ軸駆動部の構成例を示す図である。 実施形態に係る顕微鏡装置の回路ブロック図である。 顕微鏡装置の動作を説明するためのフローチャートである。 試料上に設定される撮像領域（観察領域）と、ラインセンサによる撮像順序とを説明するための図である。 顕微鏡による測定・観察時の処理のフローチャートである。 ラインセンサが試料を走査している間、ラインセンサの焦点位置を試料に位置合わせするためのオートフォーカス処理のフローチャートである。 走査時の、ラインセンサの動きを模式的に示す図である。 補正量を求める手順の他の例を示す図である。 （ａ）は、ラインセンサが試料を走査して撮像する際に、走査方向に垂直方向に撮像位置がずれる様子を示す図、（ｂ）は、（ａ）のようにして得られた撮像画像を合成した際に得られる画像を示す図、（ｃ）は、（ａ）のようにして得られた撮像画像を合成した際に得られる画像を、Ｙ軸方向の位置を補正して合成することにより得られる画像を示す図である。

符号の説明

１ 試料
２ 移動部
３ 顕微鏡
４ ラインセンサ
５ 制御部
７ 架台
１１ 測定領域

Claims (8)

1. 試料を載置し、Ｘ軸方向及び該Ｘ軸方向に交差するＹ軸方向に移動するＸ−Ｙステージと、
   前記Ｘ−Ｙステージ上に載置された試料の像を拡大する顕微鏡と、
   前記顕微鏡により拡大された像を撮像する撮像手段と、
   前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向に移動して、前記撮像手段により前記試料をＸ軸方向に走査して撮像することにより複数の分割画像を生成し、Ｘ軸方向の走査終了後、前記Ｘ−ＹステージをＹ軸方向に移動することによりＹ軸方向の位置を変更するとともに前記Ｘ−ＹステージをＸ軸方向に移動してＸ軸方向の走査を開始するように前記Ｘ−Ｙステージと前記撮像手段とを制御する制御手段と、
   前記Ｘ−ＹステージのＹ軸方向の位置を検出してＹ軸方向の位置情報を出力するＹ位置検出手段と、
   Ｙ軸方向の位置情報に基づいて、前記撮像手段で撮像した前記複数の分割画像のＹ軸方向の位置を補正して、前記複数の分割画像を合成して前記試料の拡大画像を作成する画像処理手段と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
2. さらに、前記Ｘ−ＹステージのＸ軸方向の位置を検出するＸ位置検出手段を備え、
   前記Ｘ位置検出手段で検出されたＸ軸方向の位置情報に基づいて、前記制御手段が前記撮像手段を制御して前記複数の分割画像を生成する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記Ｘ位置検出手段と前記Ｙ位置検出手段とは、それぞれ、エンコーダから構成されている、ことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡装置。
4. 前記撮像手段により１つの分割画像を撮像している間に、前記Ｘ位置検出手段を構成するエンコーダからパルスが出力される度に前記制御手段が前記Ｙ位置検出手段によるＹ軸方向の位置情報を取得し、当該Ｙ軸方向の位置情報の平均値からＹ軸方向の分割画像の補正量を求める、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の顕微鏡装置。
5. 前記撮像手段により１つの分割画像を撮像している間に、前記制御手段が前記Ｙ位置検出手段によるＹ軸方向の位置情報を１回取得し、この位置情報に基づいてＹ軸方向の分割画像の補正量を求める、ことを特徴とする請求項１，２又は３に記載の顕微鏡装置。
6. 前記制御手段には、撮像手段の出力画像データに基づいて、前記撮像手段の走査中に前記撮像手段の焦点位置を調整する焦点位置調整手段が設けられている、ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
7. 試料の像を顕微鏡で拡大し、
   前記試料に対して撮像手段を所定の走査方向に相対的に走査しつつ当該撮像手段によって前記試料の像の分割撮像を繰り返すとともに、１回の走査が終了すると、走査対象範囲を前記走査方向に直交する方向へ相対的にシフトして、走査する処理を繰り返して実行し、
   走査中の前記撮像手段の前記走査方向に直交する方向への前記撮像手段の変位量を測定し、
   前記撮像手段で撮像した前記複数の分割画像の合成位置を前記撮像手段で測定した変位量に基づいて補正して、前記複数の分割画像を合成して前記試料の拡大画像を作成する、
   ことを特徴とする拡大画像生成方法。
8. コンピュータに、
   試料が載置されたステージと撮像手段とを相対的に移動することにより、試料を前記撮像手段により所定の走査方向に走査して前記試料の拡大像の分割撮像を繰り返すとともに、１回の走査が終了すると、走査対象範囲を前記走査方向に直交する方向へシフトして、走査する処理を繰り返して実行し、
   走査中の前記撮像手段の前記走査方向に直交する方向への前記撮像手段の変位量を測定し、
   前記撮像手段で撮像した複数の分割画像の合成位置を前記撮像手段で測定した変位量に基づいて補正して、前記複数の分割画像を合成して前記試料の拡大画像を作成する、
   処理を実行させるコンピュータプログラム。
   

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