JP2010101959A - 顕微鏡装置 - Google Patents

Abstract

【課題】受光部の長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易に受光部とスライドガラスの面を平行状態に保つことが可能であり、精度よく合焦できる顕微鏡装置を提供する。
【解決手段】画素が列をなして配置されるラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）の直線と、試料１２０が配置されたスライドガラス１０３がなす面との傾きを傾き検出部２０２により検出し、この傾きを傾き調整部２０３により調整することにより、ラインセンサ１０４とスライドガラス１０３の面とが平行状態になるようにする。
【選択図】図３

Description

本発明は、顕微鏡装置に関し、特に病理標本などの顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置に関するものである。

近年、細胞、組織診断といった病理学の分野などにおいて、試料が配置されているスライドガラスの標本全体を撮影しデジタル画像化し、これをパーソナルコンピュータのモニタ上に表示を行い、あたかも実際の顕微鏡で試料を観察しているかのように操作ができるバーチャル顕微鏡がよく知られている。

ところで、バーチャル顕微鏡で利用する画像データを取得する顕微鏡システムでは、高解像度且つ高速で画像を取得することが要求されている。そこで、複数の画素（正確には試料画像の画素を形成するための受光素子）が一次元配列された撮像素子による１次元キャンカメラを利用した顕微鏡装置が提案されている（特許文献１を参照）。

この顕微鏡装置では、試料が配置されたスライドガラスを載置したステージを水平方向に移動させることにより一次元スキャンカメラでライドガラスの画像を取得する。この場合、一次元スキャンカメラの観察フィールドに対応するスライドガラスの主走査方向の画像データを走査して取得できるので、結果として、高解像度でスライドガラスの画像データを取得することができる。

図１４に、一次元スキャンカメラによってスライドガラスを走査してスライドガラスの画像を取得する例を示す。図１４において、スライドガラス１０３は試料１２０が配置され、図示しないステージに載置されている。ラインセンサ１０４´は、一次元スキャンカメラに内蔵されているスライドガラス（試料）からの光を受光し電気信号に変換する撮像素子である。

図１４において、スライドガラス１０３からの光は図示しない光学系を通してラインセンサ１０４´に入射される。そして、ステージを矢印Ｘ１に示す水平方向（Ｘ軸方向：主走査方向）に移動させることにより最初の走査を行う（図中矢印ａ）。続いて、ステージを矢印Ｙ１に示す垂直方向（Ｙ軸方向：副走査方向）に、ラインセンサ１０４´の長手方向（Ｙ軸方向）の寸法だけ移動させた後に、矢印Ｘ２に示す水平方向にステージを移動させ走査を行う（図中、矢印ｂ）。このような操作を繰り返し行ない、結果としてラインセンサ１０４´により図中に示された矢印ａ、ｂ、ｃ、ｄの順で合計４回の走査を行い、スライドガラス１０３の全面の画像データの取得が行われる。
特表２００４―５１４９２０号公報

ところで、一次元スキャンカメラの観察フィールドを広くする、即ち、一次元スキャンカメラに内蔵されている撮像素子であるラインセンサの画素数を増やし、ラインセンサ１０４´の長手方向（図１４におけるＹ軸方向）の寸法を大きくすることによって一度に広範囲のエリアを走査して走査回数を減らして高速化する方法がある。

図１５は、図１４の例で示したラインセンサ１０４´に対し画素数を２倍に増やし、ラインセンサの長手方向（標本のＹ軸方向）の寸法を２倍にしたラインセンサ１０４によりスライドガラス全面の画像データを取得する例を示す。図１５に示すように、ラインセンサの画素数を２倍にし、ラインセンサの長手方向の寸法を２倍にすることにより走査回数を矢印ａ、ｂで示す２回、即ち１／２に減らすことができるので、高速に画像データを取得することができる。

一方、図１５に示すように、ラインセンサの長手方向（Ｙ軸方向）の寸法を大きくしたとき、図１６に示すように、スライドガラス１０３がラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）に対して傾いていた場合には、ラインセンサ１０４の両端部ａ，ｂの画素で合焦状態が著しく異なってしまい、同じラインセンサ内で部分的に焦点が合わなくなってしまうことがあり、この問題の解決が望まれていた。

本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、効率よくスライドガラス上に配置された試料の画像データを取得するために、受光部の長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易に受光部とスライドガラスの面とを平行状態に保つことが可能であり、精度よく合焦できる顕微鏡装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の顕微鏡装置は、列をなして画素が配置されている受光部を有し、前記受光部によりスライドガラスに配置された試料からの光を受光して光電変換する光電変換部と、前記受光部の長手方向の直線と、前記スライドガラスがなす面との傾きの検出を行う傾き検出部と、前記傾き検出部が検出した傾きに基づいて、前記受光部の長手方向の直線と前記スライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行になるように前記光電変換部、または前記スライドガラスの傾きを調整する傾き調整部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡装置は、前記スライドガラスに配置され、かつ、前記長手方向に沿って距離を隔てて複数配置される検出点と、前記検出点毎に結像状態を検出する結像状態検出部と、を更に備え、前記傾き検出部は、前記検出された結像状態の相関関係に基づいて前記傾きの検出を行うことを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡装置は、前記光電変換部は、受光素子が列をなして配置されたラインセンサであることを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡装置は、前記光電変換部は、前記受光部の長手方向の直線に対する垂直方向であって水平面と略平行に走査され、前記走査方向に対して自動合焦を行うことを特徴とする。

本発明の顕微鏡装置においては、受光部の長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易に受光部とスライドガラスの面とを平行状態に保つことが可能となり、精度よく合焦させることができる。

以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、本発明の実施の形態に係わる顕微鏡装置の構成を示す図である。図１は、本発の顕微鏡装置１の具体的な構成例を示しており、以下、その構成について説明する。

図１に示す顕微鏡装置１は、試料が配置されるスライドガラス１０３が載置されるステージ１０１と、ステージ１０１を上下方向（図上でＺ軸方向）及び左右前後方向（図上でＸＹ軸方向）に移動させ、且つ傾きを変えるステージ駆動部１０２を備えている。このステージ駆動部１０２により、ステージ１０１に載置されたスライドガラス１０３を、上下及び左右前後に移動可能であり、且つスライドガラス１０３の傾きを可変にできるように構成されている。

また、顕微鏡装置１においては、スライドガラス１０３に対向して光電変換部１０４が設けられている。この光電変換部１０４は、試料画像の画素を形成するための受光素子が長手方向に列をなして配置された受光部を有しており、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）等で構成されている。光電変換部１０４は、この受光部により試料からの反射光を受光して光電変換する。

なお、前述したように、光電変換部１０４の受光部は、受光素子が列をなしてライン状に配置された構成であるため、この光電変換部１０４はラインセンサとも呼ばれる。このため、以下の説明では、「光電変換部１０４」を「ラインセンサ１０４」とも呼ぶ。

傾き制御装置２００は、ラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）の直線と、スライドガラス１０３がなす面との傾きを制御するための装置である。この傾き制御装置２００内には、傾き制御装置２００内の各部を統括して制御し、傾き制御装置２００における必要な処理を実行するための主制御部２０１が設けられている。

また、傾き制御装置２００内には、ラインセンサ１０４の長手方向の直線と、スライドガラス１０３がなす面との傾きを検出する傾き検出部２０２が設けられている。なお、ここでいう傾きとは、ラインセンサ１０４の長手方向の直線と、当該長手方向の直線に交差する任意に選択された鉛直線とを含む面がスライドガラスの面に交差することにより特定される直線と、がなす角であり、この傾きの定義については、図９において後述する。

また、傾き制御装置２００内には、傾き検出部２０２の傾き検出結果に基づいて、ラインセンサ１０４の長手方向の直線と、スライドガラス１０３の面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行になるように、ステージ駆動部１０２を制御してスライドガラス１０３の傾きを調整する傾き調整部２０３が設けられている。また、傾き制御装置２００内には、ステージ駆動部１０２を制御して、スライドガラス１０３を水平方向（ＸＹ軸方向）に移動させるＸＹ駆動部２０４と、スライドガラス１０３を上下方向（Ｚ軸方向）に移動させるＺ駆動部２０５とが設けられている。

なお、傾き制御装置２００内には、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＲＯＭ（Read Only Memory)、ＲＡＭ(Random Access Memory)等を含むコンピュータシステムを有している。そして、上述した主制御部２０１、傾き検出部２０２、傾き調整部２０３、ＸＹ駆動部２０４、Ｚ駆動部２０５により行われる処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、各部における処理が行われる。すなわち、主制御部２０１、傾き検出部２０２、傾き調整部２０３、ＸＹ駆動部２０４、Ｚ駆動部２０５における処理は、ＣＰＵ等の中央演算処理装置がＲＯＭやＲＡＭ等の主記憶装置に上記プログラムを読み出して、情報の加工、演算処理を実行することにより、実現されるものである。

また、この顕微鏡装置１には、スライドガラス１０３に対向するように対物レンズ１０５が設けられている。また、この対物レンズ１０５を介して撮影光路Ａ１に沿って得られる試料の画像を、図示しない光路分割プリズムにより双眼にして接眼レンズユニット１０６に導く三眼鏡筒ユニット１０７が設けられている。三眼鏡筒ユニット１０７の上部には、撮影光路Ａ１に沿って結合レンズユニット１０８が設けられ、結合レンズユニット１０８の上部には撮像装置１０９が設けられている。

撮像装置１０９にはラインセンサ１０４が設けられている。このラインセンサ１０４は、前述したように、試料からの光を受光し光電変換するのに最も好適である受光素子を一次元配列して成る受光部を有するラインセンサである。なお、撮像装置１０９は、オートフォーカス機能を備えており、ラインセンサ１０４は、ステージ１０１に載置されたスライドガラス１０３が水平面内を主走査方向（Ｘ軸方向）に移動するのに合わせて、スライドガラス１０３に配置された試料に対して自動的に焦点を合わせるように構成されている。

また、図２に示すように、スライドガラス１０３には、ラインセンサ１０４の長手方向に沿って距離を隔てて検出点３０１と３０２とが配置されている。この検出点３０１は、スライドガラス１０３上に設けられるパターンマークであり、反射率の高い材料で形成されるものであり、例えば、アルミ等の金属材料を使用して蒸着により形成する。この検出点３０１、３０２により得られる反射像（結像）の形状と、この検出点の結像の形状による傾き検出方法については後述する。

また、図１において、傾き検出ユニット１１０には、検出点３０１および３０２に光を照射する傾き計測用光源１１１と、計測用光源１１１からの光を平行にするコリメータレンズ１１２とが設けられている。

また、傾き検出ユニット１１０には、検出点３０１若しくは３０２からの反射光をシリンドリカルレンズ１１３を介して結像状態検出部１１４に導く第１のハーフミラー１１５が設けられている。結像状態検出部１１４では、検出点３０１若しくは３０２からの反射光をシリンドリカルレンズ１１３を介して受光し、この反射光により検出点３０１および３０２の結像状態を検出する。

また、前述の三眼鏡筒ユニット１０７には、計測用光源１１１からの光を対物レンズ１０５を介して検出点３０１若しくは３０２に照射させ、その反射光を傾き検出ユニット１１０に戻す第２のハーフミラー１１６が設けられている。

上記構成の顕微鏡装置１においては、結像状態検出部１１４により検出点３０１および３０２の結像状態を検出し、結像状態検出部１１４の出力は傾き検出部２０２に伝達される。傾き検出部２０２では、結像状態検出部１１４により検出された結像状態の相関関係に基づいてラインセンサの長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面の傾きの検出を行う。この傾き検出部２０２の出力は、主制御部２０１を介して、傾き調整部２０３に伝達される。

傾き調整部２０３では、傾き検出部２０２から、主制御部２０１を介して入力される傾きの情報を基に、ステージ駆動部１０２を制御する制御信号を生成する。この制御信号はステージ駆動部１０２に伝達される。このステージ駆動部１０２により、ステージ１０１に載置されたスライドガラス１０３の傾きが調整され、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３の面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行になるようにスライドガラス１０３の傾きが調整される。

これにより、受光部の長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易に受光部とスライドガラスの面を平行状態に保つことが可能となり、精度よく合焦できる顕微鏡装置１を提供することができる。

図３は、本実施の形態の顕微鏡装置１における傾き調整の動作原理を説明するための図である。図３においては、顕微鏡装置１の要部の構成のみを示しており、スライドガラス１０３を載置するステージ１０１、スライドガラス１０３上の試料に対する光の照射、像を受光素子に結像させるための光学系、およびスライドガラス１０３を駆動する駆動系等については省略して示している。

図３に示すように構成された顕微鏡装置１の動作について、図４を参照しつつ説明する。まず、ラインセンサ１０４の受光部の長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面の傾き状態を傾き検出部２０２にて検出を行う（ステップＳ１０１）。次に、主制御部２０１が、傾き検出部２０２が検出した傾きの検出結果を判定し（ステップＳ１０２）、傾いている場合（ステップＳ１０２：ＹＥＳ）、主制御部２０１は、傾きが無くなるように傾き調整部２０３に対して調整を行う指示を入力する。例えば、検出された傾きの角度と同じ角度分、逆になるようにステージ１０１０を移動させるためのステージ駆動部１０２を動作させる指示を傾き調整部２０３に入力する（ステップＳ１０３）。

そして、ラインセンサ１０４の受光部の長手方向の直線と、スライドガラス１０３がなす面との傾きがなくなるまで図中のステップＳ１０１からＳ１０３の処理を繰り返し、傾きがなくなる、即ち、ラインセンサ１０４の受光部の長手方向の直線とスライドガラス１０３の面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行になった場合（ステップＳ１０２：ＮＯ）、本動作を終了する（ステップＳ１０４）。

このように構成された顕微鏡装置１においては、ラインセンサ１０４の長手方向の直線と、試料が配置されたスライドガラス１０３がなす面との傾き情報を容易に検出でき、且つその傾き情報を基に容易に傾き調整ができる。よって、ラインセンサの長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易にラインセンサの長手方向の直線とスライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とを平行状態に保つことが可能であり、精度良く合焦できる顕微鏡装置を提供することができる。

次に、このように構成された顕微鏡装置１の詳細な動作について、図５のフローチャートおよび図１の顕微鏡装置構成図を参照しつつ説明する。なお、以下の説明において、ラインセンサ１０４の長手方向の直線をＹ軸方向、長手方向と直交する方向をＸ軸方向とし、Ｘ軸とＹ軸がなす面に対して直交する方向（鉛直方向）、つまり、対物レンズ１０５を貫く撮影光路Ａ１の方向をＺ軸方向とする。また、ステージ１０１には、ラインセンサ１０４の長手方向、すなわちＹ軸方向に沿って距離を隔てて複数の検出点３０１と３０２が配置されたスライドガラス１０３が載置されているものとする。また、以下に説明する処理手順は、傾き制御装置２００内の主制御部２０１により実行されるものである。

まず、傾きを計測するための計測用光源１１１を点灯させる（ステップＳ２０１）。次に、ＸＹ駆動部２０４の指示により、ステージ駆動部１０２によりステージ１０１をＸ軸方向およびＹ軸方向に移動させてスライドガラス１０３に配置されている検出点３０１を、計測点である顕微鏡装置の撮影光路Ａ１上に移動させる（ステップＳ２０２）。

次に、この位置で計測用光源１１１から照射された光はコリメータレンズ１１２により平行にされ、第１のハーフミラー１１５を通過し、第２のハーフミラー１１６により反射されて撮影光路Ａ１と同様の光路に沿って対物レンズ１０５を通過して撮影光路上にある検出点３０１に投射される。このとき、検出点３０１に投射された光は検出点３０１で反射され、その反射光は対物レンズ１０５を通って第２のハーフミラー１１６に到達、反射されて第１のハーフミラー１１５に到達する。反射光は第１のハーフミラー１１５で反射されてシリンドリカルレンズ１１３の方向に導かれる。この反射光はシリンドリカルレンズ１１３を通過し結像状態検出部１１４上に像が形成される。

ところで、検出点３０１からの反射光はシリンドリカルレンズ１１３を通過しているため、光軸に対し垂直に交わる平面での集光特性が変わる。そのため、検出点３０１が合焦位置にいる場合には図６（Ｂ）に示すように結像状態検出部１１４上には円形の像が現れ（ジャスピン）、検出点３０１が合焦位置より近い位置にいる場合には図６（Ａ）に示すように結像状態検出部１１４上には左斜めに長い楕円形の像が現れ（前ピン）、また、検出点３０１が合焦位置より遠い位置にいる場合には図６（Ｃ）に示すように結像状態検出部１１４上には右斜めに長い楕円形の像が現れる（後ピン）。

結像状態検出部１１４上に形成された検出点３０１の反射像の形状を結像状態検出部１１４で検出し（ステップＳ２０３）、その形状を傾き検出部２０２内に保持する（ステップＳ２０４）。

次に、ＸＹ駆動部２０４の指示により、ステージ駆動部１０２によりステージ１０１をＹ軸方向、つまりラインセンサ１０４の長手方向に移動させてスライドガラス１０３に配置されている検出点３０２を計測点である顕微鏡装置の撮影光路Ａ１上に移動させる（ステップＳ２０５）。

次に、結像状態検出部１１４上に形成された検出点３０２の反射像の形状を結像状態検出部１１４で検出し（ステップＳ２０６）、その検出点３０２の反射像の形状を、傾き検出部２０２にて保持された検出点３０１の反射像の形状と比較する（ステップＳ２０７）。

図７は、ラインセンサとスライドガラスとの位置関係に応じた結像の形状を示す図である。図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、図１６に示すように、ラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）において、ラインセンサ１０４とスライドガラス１０３とが平行でない場合における検出点３０１と３０２の結像の例を示している。これらの図に示されるように、ラインセンサ１０４とスライドガラス１０３が平行でない場合は、検出点３０１の結像の形状と検出点３０２の結像の形状とは一致しない。

一方、図７（Ｃ）は、ラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）において、ラインセンサ１０４とスライドガラス１０３とが平行である場合における検出点３０１と３０２の結像の例を示している。図に示すように、ラインセンサ１０４とスライドガラス１０３が平行である場合は、検出点３０１の結像の形状と検出点３０２の結像の形状とが一致する。

なお、このラインセンサ１０４とスライドガラス１０３とが平行である場合は、図８（Ａ）に示すように、ラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）が水平方向（図上で横方向）にある場合に限らず、図８（Ｂ）に示すように、ラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向）が水平方向から傾いている場合でもよく、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３の面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行であればよい。

さらに、図９を参照して説明すると、図９（Ａ）に示すように、傾き検出部２０２は、ラインセンサ１０４の長手方向（Ｙ軸方向：副走査方向）の直線Ｌ１と、当該直線Ｌ１に交差する任意に選択された鉛直線とを含む面Ｐ１がスライドガラス１０３の面Ｐ２に交差することにより特定される直線Ｌ２と、がなす角を傾きとして検出する。従って、この直線Ｌ１とＬ２とに傾きがなく、直線Ｌ１とＬ２とが平行であればよい。

従って、Ｙ軸方向において直線Ｌ１とＬ２とが平行であればよく、図９（Ｂ）に示すように、Ｘ軸方向（主走査方向）において、スライドガラス１０３が傾きθを有していても問題とはならない。すなわち、ラインセンサ１０４の長手方向の直線（Ｙ軸方向の直線）と、スライドガラス１０３の面内の少なくとも一本の直線が平行になる状態であればよい。

なお、図９（Ｂ）に示す状態において、ステージ１０１に載置されたスライドガラス１０３を移動させ、ラインセンサ１０４を主走査方向（Ｘ軸）に走査して試料画像を取得する場合に、ラインセンサ１０４とスライドガラス１０３の面との間の距離が変化するが、ラインセンサ１０４で検出される画像はオートフォーカス機能により合焦されるように光学系により調整される。このように、ラインセンサ１０４の長手方向の直線に対してスライドガラス１０３の面内に含まれる少なくとも１つの直線が平行であり、かつ、スライドガラス１０３が水平面に対して傾きを有する場合においても、オートフォーカス機能により精度良く合焦させることができる。

図５に戻り、２つの検出点の反射像の形状を比較した結果、一致していない場合（ステップＳ２０８：ＮＯ）、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面は傾いていると判定し、傾き検出部２０２よりその傾き量に関する情報が、主制御部２０１を介して、傾き調整部２０３に伝達される。そして傾き調整部２０３の指示に従いステージ駆動部１０２によりステージ１０１の傾き調整が行なわれ、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面の傾き調整が行われる（ステップＳ２０９）。

検出点３０１と３０２の反射像の形状が一致するまでＳ２０２〜Ｓ２０８を繰り返し、両者検出点の反射像の形状が一致する、即ち、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３の面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行となった場合は（ステップＳ２０８：ＹＥＳ）、本動作を終了する（ステップＳ２１０）。

このように構成された顕微鏡装置１においては、ラインセンサの長手方向の直線と、試料が配置されたスライドガラスがなす面との傾き情報を容易に検出でき、且つその傾き情報を基に容易に傾き調整ができる。よって、ラインセンサの長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易にラインセンサの長手方向の直線とスライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とを平行状態に保つことが可能であり、精度良く合焦できる顕微鏡装置を提供することができる。

なお、ここで、傾き検出部２０２における傾き検出方法の一例について説明する。図１０は、傾き検出部２０２における傾き検出方法の例を示す図である。

図１０において、図１０（Ａ）と（Ｂ）は、傾き検出を行うために計測された２つの検出点の反射像（結像）の例を示しており、図１０（Ａ）は、検出点３０１（図２を参照）の結像を示し、図１０（Ｂ）は検出点３０２の結像を示すものとする。

また、図１０（Ａ）に示す結像は、一例として、検出点３０１が前ピンの状態にある場合の結像を示し、図１０（Ｂ）に示す結像は、検出点３０２が後ピンの状態にある場合の結像を示している。

ここで、結像状態検出部１１４では、光検出器として働く半導体のダイオードである４分割された４分割フォトダイオード(Photodiode)を使用するものとする。そして、４分割フォトダイオードにより、図１０（Ａ）に示すように、検出点３０１の結像を領域ａ、領域ｂ、領域ｃ，領域ｄに４分割して、各領域における明るさ（光エネルギー）を検出する。この４分割フォトダイオードの検出信号は電流信号であり、結像状態検出部１１４では、検出された電流信号を電圧信号に変換し、各領域ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応して、明るさに応じた電圧信号Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ、Ｖｄ、を得る。

同様にして、４分割フォトダイオードにより、図１０（Ｂ）に示すように、検出点３０２の結像を領域ａ´、領域ｂ´、領域ｃ´，領域ｄ´に４分割して、各領域における明るさ（光エネルギー）を検出する。４分割フォトダイオードの検出信号は、電流信号であり、結像状態検出部１１４では、検出された電流信号を電圧信号に変換し、各領域ａ´、ｂ´、ｃ´、ｄ´に対応して、明るさに応じた電圧信号Ｖａ´、Ｖｂ´、Ｖｃ´、Ｖｄ´、を得る。

そして、対角にあるフォトダイオードからの信号を互いに足し合わせ、足し合わせた信号の差分を取る。具体的には、図１０（Ａ）に示す結像に対し、（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）、を算出し、図１０（Ｂ）に示す結像に対し、（Ｖａ´＋Ｖｃ´）−（Ｖｂ´＋Ｖｄ´）、を算出する。そして
「（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）」と「（Ｖａ´＋Ｖｃ´）−（Ｖｂ´＋Ｖｄ´）」とを比較する。

ここで、（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）＞（Ｖａ´＋Ｖｃ´）−（Ｖｂ´＋Ｖｄ´）、ならば、図１０に示すＺ軸方向に対し、「検出点３０１の位置＞検出点３０２の位置」となる。すなわち、ラインセンサ１０４の長手方向（Y軸方向）に対して、検出点３０１が検出点３０２に対して上方になるように傾いている。図１０（Ａ）および（Ｂ）に示す例は、この状態を示している。

（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）＝（Ｖａ´＋Ｖｃ´）−（Ｖｂ´＋Ｖｄ´）、ならば、図１０に示すＺ軸方向に対し、「検出点３０１の位置＝検出点３０２の位置」となる。すなわち、ラインセンサ１０４の長手方向（Y軸方向）に対して検出点３０１と検出点３０２が平行になる。

（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）＜（Ｖａ´＋Ｖｃ´）−（Ｖｂ´＋Ｖｄ´）、ならば、図１０に示すＺ軸方向に対し、「検出点３０１の位置＜検出点３０２の位置」となる。すなわち、ラインセンサ１０４の長手方向（Y軸方向）に対して検出点３０１が検出点３０２に対して下方になるように傾いている。

また、図１０（Ｃ）は、具体的な検出回路の例を示しており、検出点３０１の反射像から生成される信号Ｖａ、Ｖｂ、Ｖｃ，Ｖｄから、信号「（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）」生成する回路の例を示している。

図１０（Ｃ）において、加算器５０１により、電圧信号ＶａとＶｃを加算して、電圧信号（Ｖａ＋Ｖｃ）を出力し、加算器５０２により、電圧信号ＶｂとＶｄを加算して、電圧信号（Ｖｂ＋Ｖｄ）を出力する。そして、減算器５０３により、電圧信号（Ｖａ＋Ｖｃ）から電圧信号（Ｖｂ＋Ｖｄ）を減算し、出力信号Ｖｏｕｔとして、
Ｖｏｕｔ＝（Ｖａ＋Ｖｃ）−（Ｖｂ＋Ｖｄ）、を得る。

検出点３０２の反射像から生成される信号Ｖａ´、Ｖｂ´、Ｖｃ´，Ｖｄ´から、信号「（Ｖａ´＋Ｖｃ´）−（Ｖｂ´＋Ｖｄ´）」生成する回路についても同様である。

なお、図１０に示す例では、ラインセンサ１０４と検出点３０１および３０２の位置関係を計測するために、結像状態検出部１１４に４分割フォトダイオードを使用する例を示したが、これに限定されず種々の方法を使用することができる。

例えば、結像状態検出部１１４に、受光素子が二次元配列されて成るセンサを使用し、得られた結像を所定のパーンとパターン比較することにより、結像の前ピンおよび後ピン状態を判定し、スライドガラス１０３の傾きを判定する方法を使用することもできる。

［第２の実施の形態］
前述した第１の実施の形態では、傾き調整部２０３の指示に従いステージ駆動部１０２によりステージ１０１の傾き調整が行なわれ、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面の傾き調整が行われる。

本発明の第２の実施の形態として、図１１に示すように、ラインセンサ１０４にセンサ駆動部４０１を設けて、傾き制御装置２００Ａにおいて、傾き調整部２０３の指示に従いセンサ駆動部４０１によりラインセンサ１０４の傾き調整を行い、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面の傾き調整を行うようにもできる。

このように構成された顕微鏡装置２においてもラインセンサの長手方向の直線と、試料が配置されたスライドガラスがなす面との傾き情報を容易に検出でき、且つその傾き情報を基に容易に傾き調整ができる。よって、ラインセンサの長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易にラインセンサの長手方向の直線とスライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とを平行状態に保つことが可能であり、精度良く合焦できる顕微鏡装置を提供することができる。

［第３の実施の形態］
また、図１２に示す顕微鏡装置３のように、傾き制御装置２００Ｂにおいて、傾き調整部２０３の指示に従い、ステージ駆動部１０２によりステージ１０１の傾き調整を行い、センサ駆動部４０１によりラインセンサ１０４の傾き調整を行い、ラインセンサ１０４の長手方向の直線とスライドガラス１０３がなす面の傾き調整を行なってもよい。このように構成された顕微鏡装置３においてもラインセンサの長手方向の直線と、試料が配置されたスライドガラスがなす面との傾き情報を容易に検出でき、且つその傾き情報を基に容易に傾き調整ができる。

これにより、ラインセンサの長手方向の寸法を大きくした場合であっても、容易にラインセンサの長手方向の直線とスライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とを平行状態に保つことが可能であり、精度良く合焦できる顕微鏡装置を提供することができる。

なお、前述した実施の形態では、スライドガラス１０３には、ラインセンサ１０４の長手方向に沿って距離を隔てて検出点３０１と３０２が一組配置された例を示しているが、図１３に示すように、検出点３０１と３０２に加えて、さらに検出点３０３と３０４を設けるなど検出点を複数組配置しても良い。この場合、複数組の検出点でラインセンサの長手方向の直線とスライドガラスがなす面の傾き情報を検出するので、より高精度にラインセンサの長手方向の直線とスライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とを平行状態に保つことができ、より精度良く合焦を行える顕微鏡装置を提供することができる。

また、前述した実施の形態では、受光部を有する光電変換部の例として、受光素子が一次元に配置されるラインセンサの例を示したが、これに限定されない。例えば、ＴＤＩ−ＣＣＤ（Time Delayed Integration CCD)のように受光素子を一次元配列して成るラインセンサを複数並列に並べて構成されたラインセンサであってもよい。また、ラインセンサではなく受光素子が二次元配列されたエリアセンサであってもよい。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明の顕微鏡装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の第１の実施の形態に係る顕微鏡装置の構成例を示す図である。 スライドガラスに配置された検出点の例を示す図である。 本発明の顕微鏡装置における傾き調整の動作原理を説明するための図である。 顕微鏡装置の概略動作について説明するための図である。 本発明の顕微鏡装置の詳細な動作について説明するための図である。 検出点の位置と結像の形状の例を示す図である。 ラインセンサとスライドガラスの位置関係に応じた検出点の結像の形状を示す図である。 ラインセンサとスライドガラスの平行状態を示す図である。 ラインセンサとスライドガラスの平行状態について説明するための図である。 傾き検出部における傾き検出方法の例を示す図である。 本発明の第２の実施の形態に係る顕微鏡装置の構成例を示す図である。 本発明の第３の実施の形態に係る顕微鏡装置の構成例を示す図である。 検出点を複数組配置した例を示す図である。 ラインセンサによってスライドガラスの画像を取得する例を示す図である。 ラインセンサの長手方向の寸法を大きくして高速に画像データを取得する例を示す図である。 ラインセンサの長手方向の寸法を大きくした場合に生じる問題点を説明するための図である。

符号の説明

１、２、３・・・顕微鏡装置、１０１・・・ステージ、１０２・・・ステージ駆動部、１０３・・・スライドガラス、１０４・・・ラインセンサ（光電変換部）、１０５・・・対物レンズ、１０６・・・接眼レンズユニット、１０７・・・三眼鏡筒ユニット、１０８・・・結合レンズユニット、１０９・・・撮像装置、１１０・・・検出ユニット、１１１・・・計測用光源、１１２・・・コリメータレンズ、１１３・・・シリンドリカルレンズ、１１４・・・結像状態検出部、１１５・・・ハーフミラー、１１６・・・ハーフミラー、２００、２００Ａ、２００Ｂ・・・傾き制御装置、２０１・・・主制御部、２０２・・・傾き検出部、２０３・・・傾き調整部、２０４・・・ＸＹ駆動部、２０５・・・Ｚ駆動部、３０１、３０２、３０３、３０４・・・検出点、４０１・・・センサ駆動部

Claims (4)

1. 列をなして画素が配置されている受光部を有し、前記受光部によりスライドガラスに配置された試料からの光を受光して光電変換する光電変換部と、
   前記受光部の長手方向の直線と、前記スライドガラスがなす面との傾きの検出を行う傾き検出部と、
   前記傾き検出部が検出した傾きに基づいて、前記受光部の長手方向の直線と前記スライドガラスの面内に含まれる少なくとも１つの直線とが平行になるように前記光電変換部、または前記スライドガラスの傾きを調整する傾き調整部と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記スライドガラスに配置され、かつ、前記長手方向に沿って距離を隔てて複数配置される検出点と、
   前記検出点毎に結像状態を検出する結像状態検出部と、
   を更に備え、
   前記傾き検出部は、前記検出された結像状態の相関関係に基づいて前記傾きの検出を行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記光電変換部は、受光素子が列をなして配置されたラインセンサであること
   を特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
4. 前記光電変換部は、
   前記受光部の長手方向の直線に対する垂直方向であって水平面と略平行に走査され、
   前記走査方向に対して自動合焦を行うこと
   を特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。

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