JP2011007872A - 観察装置、及び倍率補正方法 - Google Patents

Abstract

【課題】非テレセントリック光学系を介して標本を撮像することで生成される画像の倍率を、高速に、且つ、安定した精度で補正する技術を提供することを課題とする。
【解決手段】観察装置１００は、標本１０１の画像を取得するＣＣＤカメラ１０４と、標本１０１から射出された光をＣＣＤカメラ１０４に入射させる非テレセントリック光学系である拡大光学系１０３と、拡大光学系１０３に対する標本１０１の位置が異なる状態でＣＣＤカメラ１０４により取得された複数のｚスタック画像の倍率を統一する画像処理部１０７と、を含んで構成される。さらに、画像処理部１０７は、拡大光学系１０３の設計情報と標本１０１の位置情報とを用いて、ｚスタック画像の倍率を基準画像の倍率に統一する。
【選択図】図１

Description

本発明は、非テレセントリック光学系を含む観察装置で生成される画像を補正する技術に関し、特に、画像の倍率を補正する技術に関する。

顕微鏡のような高分解能で焦点深度の浅い光学系を有する観察装置では、標本の全体像を１つの画像にて把握することが困難であるため、観察範囲全体に焦点があった２次元の画像（以降、全焦点画像と記す。）を生成する機能が望まれており、近年では、画像処理を利用して標本を撮像した画像を加工することにより、全焦点画像を生成する方法が提案されている。

そのような方法の１つとして、ＳｈａｐｅＦｒｏｍＦｏｃｕｓ法（以降、ＳＦＦ法と記す。）と呼ばれる方法が知られている。ＳＦＦ法では、まず、光学系に対して標本を光学系の光軸方向（以降、ｚ方向と記す。）に移動させながら、複数の位置で画像（以降、ｚスタック画像と記す。）を取得する。そして、複数のｚスタック画像の各画素をｚ方向に比較して、最も合焦指標が大きいものを合成することにより、全焦点画像を生成する方法である。

しかしながら、ＳＦＦ法は、各ｚスタック画像の倍率が等しく、それによって、各ｚスタック画像が等しい観察範囲を表示していることを前提に構築された方法である。この前提は、テレセントリック光学系を介して標本を撮像する観察装置の場合に成り立つ。図６で例示されるように、テレセントリック光学系２００では、テレセントリック光学系２００の後側焦点位置ＦＢと射出瞳Ｐが一致しているため、テレセントリック光学系２００の物体側で主光線は光軸に対して平行になる。従って、標本が前側焦点位置ＦＦにあるときの像高Ｙ０と、光軸方向にデフォーカスして標本が前側焦点位置ＦＦからずれた位置にあるときの像高Ｙｚは一致する。このため、像高と物体高の比で表される倍率も一定となる。

一方、非テレセントリック光学系を介して標本を撮像する観察装置の場合には、デフォーカスによりｚスタック画像の倍率が変化してしまう。このため、非テレセントリック光学系を含む観察装置では、ｚスタック画像の倍率を統一するため、各ｚスタック画像の倍率を補正する前処理が必要となる。そのような前処理として利用できる技術が特許文献１に提案されている。
特許文献１で開示される技術によれば、ｚスタック画像を比較することにより算出された変換係数を用いて、ｚスタック画像の倍率を補正することができる。

特開２００５−１４９５００号公報

ところで、特許文献１で開示される技術では、情報量の多い画像の比較を必要とすること、及び、画像の比較は２枚ずつすべてのｚスタック画像に対して行う必要があることから、変換係数を算出する処理に多くの時間がかかる。

また、特許文献１で開示される技術は、画像自体が比較対象であるため、補正の精度が画像に依存してしまう。このため、画像の良し悪しが算出される変換係数に影響する。例えば、各ｚスタック画像が不鮮明な場合には、算出された変換係数の精度が劣化してしまう。従って、特許文献１で開示される技術は、安定した性能を発揮することが難しい。

以上のような実情を踏まえ、本発明は、非テレセントリック光学系を介して標本を撮像することで生成される画像の倍率を、高速に、且つ、安定した精度で補正する技術を提供することを課題とする。

本発明の第１の態様は、標本を撮像し、標本の画像を取得する撮像手段と、標本から射出された光を撮像手段に入射させる非テレセントリック光学系と、非テレセントリック光学系に対する標本の位置が異なる状態で撮像手段により取得された複数の第１画像の倍率を統一する倍率補正手段と、を含み、倍率補正手段は、非テレセントリック光学系の設計情報と標本の位置情報とを用いて、第１画像の倍率を第１画像の１つである基準画像の倍率に統一する観察装置を提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の観察装置において、倍率補正手段は、第１画像毎に、設計情報と、第１画像を取得するときの位置情報とを用いて、基準画像の倍率に対する第１画像の倍率の比を算出する倍率比算出手段と、第１画像毎に、比の逆数である変換係数を用いて、第１画像を拡大または縮小する拡大縮小手段と、を含む観察装置を提供する。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の観察装置において、設計情報は、非テレセントリック光学系の焦点距離と、非テレセントリック光学系の入射瞳位置までの距離である観察装置を提供する。

本発明の第４の態様は、第３の態様に記載の観察装置において、βを第１画像の比とし、Ｚ_０を基準画像を取得するときの標本内の基準点から非テレセントリック光学系の入射瞳までの距離とし、Ｚを入射瞳位置から遠ざかる方向を正とし基準画像を取得するときの基準点から第１画像を取得するときの基準点までの距離とするとき、以下の条件式
β＝Ｚ_０／（Ｚ_０＋Ｚ）
を満たす観察装置を提供する。

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の観察装置において、基準画像は、基準点と非テレセントリック光学系の前側焦点位置が一致するときに取得された第１画像である観察装置を提供する。

本発明の第６の態様は、第５の態様に記載の観察装置において、さらに、拡大縮小手段により倍率が統一された第２画像の画素構成を統一する画素構成統一手段を含む観察装置を提供する。

本発明の第７の態様は、第６の態様に記載の観察装置において、さらに、倍率補正手段及び画素構成統一手段により倍率及び画素構成が統一された第３画像を合成し、全体に焦点があった２次元の画像である全焦点画像を生成する画像合成手段を含む観察装置を提供する。

本発明の第８の態様は、第７の態様に記載の観察装置において、さらに、第１画像中の全焦点画像で表示される範囲を算出する全焦点範囲算出手段と、第１画像を範囲とともに表示する表示手段と、を含む観察装置を提供する。

本発明の第９の態様は、非テレセントリック光学系と標本の距離を変化させながら標本を撮像し、複数の倍率の異なる第１画像を生成する第１のステップと、非テレセントリック光学系の設計情報と、画像を撮像するときの標本の位置情報とを用いて、第１画像の倍率を統一し、第２画像を生成する第２のステップと、を含む倍率補正方法を提供する。

本発明の第１０の態様は、第９の態様に記載の倍率補正方法において、さらに、第２画像の画素構成を、第２画像のうち最も小さな画素数の画像の画素構成に統一し、第３画像を生成する第３のステップと、を含む倍率補正方法を提供する。

本発明によれば、非テレセントリック光学系を介して標本を撮像することで生成される画像の倍率を、高速に、且つ、安定した精度で補正する技術を提供することができる。

実施例１に係る観察装置の構成を説明するための図である。 実施例１に係る観察装置の全焦点画像生成処理の制御の一例を示すフローチャートである。 実施例１に係る観察装置の倍率補正前のｚスタック画像と標本の表示範囲の関係を例示した図である。 実施例１に係る観察装置の倍率補正後のｚスタック画像と標本の表示範囲の関係を例示した図である。 入射瞳が実像となる非テレセントリック光学系について説明するための図である。 入射瞳が虚像となる非テレセントリック光学系について説明するための図である。 実施例２に係る観察装置のナビゲーション機能について説明するための図である。 テレセントリック光学系について説明するための図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の各実施例について説明する。

まず、本実施例に係る観察装置の構成について説明する。

図１は、本実施例に係る観察装置の構成を説明するための図である。図１に例示されるように、観察装置１００は、標本１０１を載せる標本台１０２と、非テレセントリック光学系である拡大光学系１０３と、標本１０１を撮像し、標本１０１の画像を生成する撮像手段であるＣＣＤ（charge-coupled device）カメラ１０４と、標本１０１の画像等の各種データを保存するメモリユニット１０５と、標本１０１の画像を表示する表示部１０６と、ＣＣＤカメラ１０４で生成された標本１０１の画像を加工する画像処理部１０７と、観察装置１００の各要素の動作を制御する制御部１０８と、観察装置への指示を入力するためにユーザに使用される入力部１０９と、を含んで構成されている。

また、標本１０１と、拡大光学系１０３と、ＣＣＤカメラ１０４は、拡大光学系１０３の光軸上に配置されている。従って、非テレセントリック光学系である拡大光学系１０３は、標本１０１から射出された観察光を、撮像手段であるＣＣＤカメラ１０４へ入射させるように作用する。

メモリユニット１０５としては、例えば、半導体メモリー素子やハードディスク装置が用いられる。また、表示部１０６としては、例えば、液晶ディスプレイ装置やＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ装置が用いられる。また、入力部１０９としては、マウス装置やキーボード装置が用いられる。また、表示部１０６がタッチパネル機能を有する場合には、表示部１０６が入力部１０９として機能してもよい。
以降、観察装置１００の作用について説明する。

図２は、本実施例に係る観察装置の全焦点画像生成処理の制御の一例を示すフローチャートである。まず、図２を参照しながら、観察装置１００による全焦点画像生成処理について説明する。

図２に例示される全焦点画像生成処理は、観察装置１００の設定が標本の観察を行う通常の設定（以降、観察モードと記す。）から全焦点画像を生成する設定（以降、画像生成モード）に変更されることで開始される。

まず、ステップＳ１では、表示部１０６に画像取得範囲選択画面が表示される。ここでは ユーザは、表示部１０６に表示されている標本１０１の画像を見ながら、入力部１０９でｚスタック画像（第１画像）を取得する標本１０１内のｚ方向の範囲（以降、ｚ範囲と記す。）を入力する。

次に、ステップＳ２では、制御部１０８は、入力されたｚ範囲内で基準となる標本内の点（以降、基準点と記す。）を決定し、メモリユニット１０５に保存させる。基準点は、例えば、指定されたｚ範囲の中心である。なお、基準点は、ｚ範囲内からユーザにより決定されても良い。
ステップＳ３では、制御部１０８が標本台１０２及びＣＣＤカメラ１０４を制御して、ｚ範囲内でｚスタック画像を取得する。

具体的には、制御部１０８は、まず、拡大光学系１０３の前側焦点位置がｚ範囲の一端と一致する位置まで、標本台１０２を移動させる。そして、ＣＣＤカメラ１０４に標本１０１の撮像を指示する。指示を受けたＣＣＤカメラ１０４は、拡大光学系１０３を介して入射する観察光を電気信号に変換することにより、標本１０１のｚスタック画像を生成する。生成されたｚスタック画像は、標本１０１の位置情報とともにメモリユニット１０５に保存される。以降、制御部１０８は、標本台１０２をｚ方向への所定距離だけ移動させる制御と、ＣＣＤカメラ１０４に対する撮像指示とを、拡大光学系１０３の前側焦点位置がｚ範囲の他端を通り越すまで繰り返す。これにより、拡大光学系１０３に対する標本１０１の位置（以降、ｚ位置と記す。）が異なる状態で標本１０１を撮像した複数のｚスタック画像（第１画像）と、画像取得時の標本の位置情報を取得することができる。なお、各ｚスタック画像は、非テレセントリック光学系である拡大光学系１０３を介しているため、それぞれ倍率が異なる。

ここで、標本台１０２を移動させる所定距離は、拡大光学系１０３の焦点深度以下であることが望ましい。これにより、ｚ範囲内に表面を有する標本の領域は、ｚスタック画像の少なくとも１つで焦点があった状態で撮像される。また、標本台１０２を移動させる所定距離は、拡大光学系１０３の焦点深度に近い距離であることが望ましい。これにより、ｚ範囲内で取得されるｚスタック画像を少なくすることができる。

以上のステップＳ１からステップＳ３までは、制御部１０８が観察装置１００の各構成要素を制御することにより実施される処理である。これに対して、以降のステップＳ４からステップＳ８は、制御部１０８からの依頼を受けた画像処理部１０７により実施される処理である。

なお、画像処理部１０７は、例えば、標準的なハードウェア構成からなるコンピュータである。具体的には、画像処理部１０７は、ステップＳ４からステップＳ８の処理を実行させるプログラム等が記憶された補助記憶装置、そのプログラムを実行するＭＰＵ（Micro Processing Unit）、プログラム実行中にワークメモリとして使用される主記憶装置などを含んでいる。

ステップＳ４及びステップＳ５では、ｚスタック画像（第１画像）の倍率を統一する処理（以降、倍率統一処理と記す。）が行われる。つまり、画像処理部１０７は、ｚスタック画像（第１画像）の倍率を統一する倍率補正手段として機能する。画像処理部１０７は、制御部１０８からの依頼を受けると、最初に、メモリユニット１０５からすべてのｚスタック画像と標本の位置情報とを読み込み、画像処理部１０７の主記憶装置に保存する。そして、主記憶装置に保存されたｚスタック画像を一枚ずつ処理する。

ステップＳ４では、基準点と拡大光学系１０３の前側焦点位置が一致した状態で取得されたｚスタック画像を基準画像とし、その基準画像の倍率に対するｚスタック画像の倍率の比（以降、倍率比β（Ｚ）と記す。）を算出する。なお、倍率比β（Ｚ）の算出方法については後述する。

ステップＳ５では、ｚスタック画像の倍率を基準画像の倍率に一致させる。ステップＳ４で得られた倍率比β（Ｚ）の逆数として算出される変換係数を用いて、ｚスタック画像の倍率を補正する。具体的には、光軸が通る位置（つまり、画像の中心）を基点として、ｚスタック画像を変換係数１／β（Ｚ）倍に拡大または縮小する。つまり、倍率補正手段として機能する画像処理部１０７は、変換係数を用いて、ｚスタック画像（第１画像）を拡大または縮小して、倍率が統一されたｚスタック画像（第２画像）を生成する拡大縮小手段として機能する。なお、ｚスタック画像（第１画像）の拡大及び縮小には、一般的な画像補間法が用いられる。例えば、二アレストネイバー法(nearest neighbor)、バイリニア法（bi-linear interpolation）、バイキュービック法（bi-cubic convolution）などを用いることができる。

ステップＳ６では、ステップＳ４及びステップＳ５の処理が、すべてのｚスタック画像に対して行われたかどうかが判定される。すべてのｚスタック画像に対して処理が行われていない場合には、制御はステップＳ４に戻り、他のｚスタック画像に対してステップＳ４及びステップＳ５の処理が実施される。

このようにして、ｚスタック画像の数だけステップＳ４からステップＳ６の処理が繰り返されることにより、すべてのｚスタック画像の倍率が基準画像の倍率に統一される。

次に、ステップＳ７では、ｚスタック画像の画素構成を統一する処理（以降、画素構成統一処理と記す。）が行われる。つまり、画像処理部１０７は、ｚスタック画像（第２画像）の画素構成を統一する画素構成統一手段としても機能する。画素構成統一処理について、図３Ａ及び図３Ｂを参照しながら、説明する。なお、ここで、画素構成とは、画像に含まれる画素の構成であり、縦方向の画素数と横方向の画素数によって定まる。

図３Ａは、倍率補正前のｚスタック画像（第１画像）と標本の表示範囲の関係を例示した図である。ｚスタック画像１１０ａからｚスタック画像１１０ｅは、ｚ位置がそれぞれ異なる倍率補正前のｚスタック画像１１０である。また、ｚスタック画像１１０ｃは基準画像であり、ｚスタック画像１１０ａは最大倍率の画像であり、ｚスタック画像１１０ｅは最小倍率の画像である。

図３Ｂは、倍率補正後のｚスタック画像（第２画像）と標本の表示範囲の関係を例示した図である。ｚスタック画像１２０ａからｚスタック画像１２０ｅは、ｚ位置がそれぞれ異なる倍率補正後のｚスタック画像１２０である。また、ｚスタック画像１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅは、それぞれｚスタック画像１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅの倍率補正後の画像である。

図３Ａ及び図３Ｂに例示されるように、スタック画像１１０の画素構成は統一されているのに対して、ｚスタック画像１２０の画素構成はｚスタック画像１２０毎に異なっている。

ＳＦＦ法では、ｚスタック画像の各画素がｚ方向に比較されるため、ＳＦＦ法に使用されるｚスタック画像は、倍率が等しく（つまり、１画素が表示する標本の範囲が等しく）、且つ、画素構成も同一（つまり、全画素が表示する標本の範囲が同一）でなければならない。

このため、ステップＳ７では、ｚスタック画像１２０の画素構成を統一する。具体的には、最大の倍率比を用いて補正された、最小の画素数を有するｚスタック画像１２０ａの画素構成に統一する。このため、各ｚスタック画像１２０から光軸が通る位置を中心として、ｚスタック画像１２０ａと同じ画素構成を切り出す。なお、切り出し対象となる画素の縦方向の画素数と横方向の画素数は、それぞれ式（１−１）及び式（１−２）で表現できる。
ＰＳｘｃｏｎ＝ＰＳｘ（Ｚ）×β（Ｚ）／βｍａｘ ・・・（１−１）
ＰＳｙｃｏｎ＝ＰＳｙ（Ｚ）×β（Ｚ）／βｍａｘ ・・・（１−２）

ただし、ＰＳｘｃｏｎ、ＰＳｙｃｏｎは、それぞれ切り出し後の横方向、縦方向の画素数であり、全ｚスタック画像１２０で一定となる。ＰＳｘ（Ｚ）、ＰＳｙ（Ｚ）は、それぞれｚスタック画像１２０の切り出し前の横方向、縦方向の画素数である。β（Ｚ）は、ｚスタック画像１２０の倍率補正に用いられた倍率比である。βｍａｘは、ｚスタック画像１２０の倍率補正に用いられた最大倍率比（ここでは、ｚスタック画像１２０ａの倍率補正に用いられた倍率比）である。

ステップＳ８では、画像処理部１０７は、倍率と画素構成が統一されたｚスタック画像（第３画像）を用いてＳＦＦ法を実施し、全焦点画像を生成する。つまり、画像処理部１０７は、ｚスタック画像を合成し、全体に焦点があった２次元の画像である全焦点画像を生成する画像生成手段としても機能する。画像処理部１０７は、全焦点画像の生成が完了すると、その旨を制御部１０８に通知し、メモリユニット１０５に全焦点画像を出力する。通知を受けた画像処理部１０８は、メモリユニット１０５から全焦点画像を読み出して、表示部１０６に表示させる。
次に、ステップＳ４での画像処理部１０７による倍率比の算出方法について詳細に説明する。

図４Ａ及び図４Ｂは、それぞれ、入射瞳Ｐ’が実像となる非テレセントリック光学系２１０と、入射瞳Ｐ’が虚像となる非テレセントリック光学系２２０を例示している。いずれの光学系も後側焦点位置ＦＢと射出瞳Ｐが一致していないため、光学系の標本側で主光線は光学系の光軸に対して平行ではない。

図４Ａを参照しながら、基準画像の倍率に対する、基準点が前側焦点位置ＦＦから光軸方向に距離Ｚだけ移動したときの画像（第１画像）の倍率である倍率比β（Ｚ）を算出する方法について説明する。

基準点が前側焦点位置ＦＦと一致しているときの画像（第１画像）、つまり、基準画像での標本の像高を像高Ｙ０とする。また、基準点が前側焦点位置ＦＦから光軸方向に距離Ｚだけ移動したときの画像（第１画像）での標本の像高を像高Ｙｚとする。このとき、主光線は入射瞳Ｐ’及び射出瞳Ｐの中心を通ることと、標本の像は前側焦点位置ＦＦに投影されることを考慮すると、倍率比β（Ｚ）は、以下の式で表される。
β（Ｚ）＝Ｙｚ／Ｙ０＝Ｚ_０／（Ｚ_０＋Ｚ） ・・・（２）

ただし、Ｚ_０は、前側焦点位置ＦＦから入射瞳Ｐ’までの距離である。また、Ｚは、像高Ｙｚのときの前側焦点位置ＦＦから標本の基準点までの距離である。なお、Ｚは、入射瞳Ｐ’から離れる方向をプラス方向とし、入射瞳Ｐ’に近づく方向をマイナス方向とする。

基準画像では、前側焦点位置ＦＦと基準点は一致しているため、式（２）のＺ_０は、基準画像を取得したときの基準点と入射瞳Ｐ’の距離（以降、基準距離と記す。）を示している。また、式（２）の（Ｚ_０＋Ｚ）は、倍率比を算出する画像を取得したときの基準点と入射瞳Ｐ’との距離を示している。つまり、基準画像に対する各画像の倍率比は、基準距離に対する各画像の基準点と入射瞳Ｐ’との距離の比の逆数によって得られることを、式（２）は示している。

また、図４Ｂに例示されるように、式（２）は、入射瞳Ｐ’が虚像となる非テレセントリック光学系２２０でも同様に成り立つ。このため、式（２）を用いることで、画像生成装置１００で取得される各ｚスタック画像（第１画像）の倍率比を算出することができる。

画像処理部１０７が式（２）を用いて倍率比を算出する場合、倍率補正手段として機能する画像処理部１０７は、拡大光学系１０３の設計情報とｚスタック画像（第１画像）取得時の標本１０１の位置情報のみから、基準画像に対する各ｚスタック画像（第１画像）の倍率比β（Ｚ）を算出する倍率比算出手段として機能する。具体的には、拡大光学系１０３の設計情報としては、拡大光学系１０３の入射瞳位置までの距離と焦点距離が使用される。これらの設計情報から非テレセントリック性の強さに関連する距離Ｚ_０を算出することができる。設計情報は、拡大光学系１０３自体により決まる既知のデータであるので、予め画像処理部１０７の補助記憶装置に保存しておくと良い。また、標本１０１の位置情報としては、前側焦点位置から標本の基準点までの距離が使用される。このため、撮像時には、上記の距離をｚスタック画像とともに位置情報として保存することが望ましい。

このように、画像処理部１０７は、ｚスタック画像を比較することなく、式（２）で示される簡単なスカラ演算により各ｚスタック画像の倍率比β（Ｚ）を算出することができる。このため、ｚスタック画像の倍率の補正に要する処理時間を短縮することができ、高速に倍率を補正することができる。また、算出される倍率比の値は、ｚスタック画像の内容に依存しないため、常に安定した結果を得ることができる。このため、補正の精度も安定する。

なお、以上では、基準点は標本のｚ範囲の中心としたが、特にこれに限られない。基準点は、任意の位置に変更してもよい。ただし、画像を大きな倍率比で補正するほど、画像の補間精度が劣化することを考慮して、基準点を決定することが望ましい。

また、全焦点画像で標本の３次元形状を確認することができるため、基準点が標本の中心から大きくずれていた場合には、改めて基準点を設定し、再度全焦点画像を生成しても良い。この場合、基準点は、ｚ範囲の中心ではなく標本の中心に設定するとよい。標本の中心は、標本の最下面から、標本の最大高さの半分の位置としても良く、または、標本の最下面から、標本の平均高さの半分、つまり、標本を表示する画素の平均高さの半分の位置として算出しても良い。このようにして、基準点を調整することで、画像処理によりｚスタック画像の拡大・縮小を最小限に抑えることができる。なお、基準点は、倍率比の算出精度自体には影響しない。このため、倍率比の算出精度は基準点によらず安定している。

以上、本実施形態の観察装置１００によれば、ｚスタック画像を比較することなく、拡大光学系１０３の設計情報と標本１０１の位置情報のみからｚスタック画像の倍率比を算出することができる。従って、非テレセントリック光学系を介して標本を撮像することで生成される画像の倍率を、高速に、且つ、安定した精度で補正することができる。

以下、実施例２の観察装置について説明する。なお、本実施例の観察装置の構成は、実施例１の観察装置１００の構成と同様である。

本実施例の観察装置は、全焦点画像生成前に全焦点画像により表示される標本の範囲（以降、全焦点範囲と記す。）を確認することができる点が、実施例１の観察装置１００と異なっている。具体的には、図２に例示される全焦点画像生成処理のステップＳ６が終了した後、ユーザの指示があるまで、全焦点画像生成処理を待機させる。そして、ユーザは、全焦点画像生成処理の再開を指示するまで、全焦点範囲を確認しながら、標本を観察することができる。なお、以降では、このような全焦点範囲を確認する機能をナビゲーション機能と記す。

図５は、本実施例に係る観察装置のナビゲーション機能について説明するための図である。図５では、ｚ位置を変化させながら標本を観察したときに表示部１０６に表示される画像が例示されている。図５（ａ）及び（ｂ）では、それぞれ図３Ａに例示されるｚスタック画像１１０ｃ（基準画像）、ｚスタック画像１１０ｄが示されている。

本実施例の観察装置では、図５（ａ）及び（ｂ）に例示されるように、ｚスタック画像中に全焦点範囲（つまり、図３Ａに例示される最小範囲１１２）がナビゲーション枠１１３で示される。なお、図５（ａ）と図５（ｂ）では、ｚスタック画像の倍率が異なるため、ナビゲーション枠１１３が表示される大きさが異なっている。また、ここでは図示していないが、図３Ａに例示されるｚスタック画像１１０ａの表示中は、ナビゲーション枠１１３がｚスタック画像１１０ａの外枠と一致する。

このようなナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０は、以下の手順で表示される。まず、制御部１０８は、全焦点画像生成の待機中に標本のｚ位置の変更を検知すると、ＣＣＤカメラ１０４に標本１０１の撮像を指示し、ｚスタック画像１１０をメモリユニット１０５に保存する。その後、画像処理部１０７に、現在のｚ位置でのナビゲーション枠１１３の大きさの算出を依頼する。このとき、ｚスタック画像１１０と標本の位置情報を画像処理部１０７に送信する。
画像処理部１０７は、制御部１０８からの依頼を受信すると、式（３−１）及び式（３−２）を実行して、ナビゲーション枠１１３の大きさを算出する。
ＰＳｘｎａｖｉ（Ｚ）＝ＰＳｘｐ×β（Ｚ）／βｍａｘ ・・・（３−１）
ＰＳｙｎａｖｉ（Ｚ）＝ＰＳｙｐ×β（Ｚ）／βｍａｘ ・・・（３−２）

ただし、ＰＳｘｎａｖｉ（Ｚ）、ＰＳｙｎａｖｉ（Ｚ）は、それぞれナビゲーション枠の横方向、縦方向の画素数であり、ｚスタック画像１１０毎に異なる。ＰＳｘｐ、ＰＳｙｐは、それぞれｚスタック画像１１０の横方向、縦方向の画素数であり、全ｚスタック画像１１０で一定である。β（Ｚ）は、ｚスタック画像１１０の倍率比である。βｍａｘは、ｚスタック画像１１０の最大倍率比（ここでは、ｚスタック画像１１０ａの倍率比）である。

なお、βｍａｘは、全焦点画像生成処理中断前にすでに算出されており、既知である。また、β（Ｚ）は、制御部１０８から送信された位置情報を使用して、式（２）から算出される。

ナビゲーション枠１１３の大きさを算出すると、画像処理部１０７は、算出されたナビゲーション枠１１３の大きさに基づいて、受信したｚスタック画像１１０上にナビゲーション枠１１３を付加する。これにより、ナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０が生成される。そして、画像処理部１０７は、ナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０をメモリユニット１０５へ保存し、処理の終了を制御部１０８に通知する。つまり、画像処理部１０７は、ｚスタック画像１１０（第１画像）中の全焦点画像で表示される範囲を算出する全焦点範囲算出手段としても機能している。

画像処理部１０７からの通知を受信した制御部１０８は、メモリユニット１０５に保存されたナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０を表示部１０６に表示させる。以上の手順により、ナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０が表示部１０６に表示される。

以上、本実施例の観察装置では、ナビゲーション機能により全焦点範囲を、全焦点画像生成前に確認することができる。また、全焦点画像が所望の標本の範囲を表示しない場合には、全焦点画像生成処理を中止して、全焦点画像生成処理をやり直すことができる。

なお、ここでは、図２に例示される全焦点画像生成処理のステップＳ６が終了した後で、全焦点画像生成処理を待機させたが、特にこれに限られない。例えば、ステップＳ２が終了した後で、全焦点画像生成処理を待機させても良い。この場合、式（３−１）及び式（３−２）のβｍａｘの算出が別途必要となるが、さらに早期に全焦点範囲を確認することができる。

また、ここでは、画像処理部１０７によりナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０を生成する例を示したが特にこれに限られない。例えば、画像処理部１０７は、ナビゲーション枠１１３の大きさのみを算出し、ナビゲーション枠１１３付きのｚスタック画像１１０の生成処理は、表示部１０６に実施させても良い。

１００ ・・・観察装置
１０１ ・・・標本
１０２ ・・・標本台
１０３ ・・・拡大光学系
１０４ ・・・ＣＣＤカメラ
１０５ ・・・メモリユニット
１０６ ・・・表示部
１０７ ・・・画像処理部
１０８ ・・・制御部
１０９ ・・・入力部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、１１０ｄ、１１０ｅ、１２０、１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃ、１２０ｄ、１２０ｅ
・・・ｚスタック画像
１１１ ・・・基準範囲
１１２ ・・・最小範囲
１１３ ・・・ナビゲーション枠
２００ ・・・テレセントリック光学系
２１０、２２０ ・・・非テレセントリック光学系
Ｐ ・・・射出瞳
Ｐ’ ・・・入射瞳
ＦＦ ・・・前側焦点位置
ＦＢ ・・・後側焦点位置

Claims (10)

1. 標本を撮像し、前記標本の画像を取得する撮像手段と、
   前記標本から射出された光を前記撮像手段に入射させる非テレセントリック光学系と、
   前記非テレセントリック光学系に対する前記標本の位置が異なる状態で前記撮像手段により取得された複数の第１画像の倍率を統一する倍率補正手段と、を含み、
   前記倍率補正手段は、前記非テレセントリック光学系の設計情報と前記標本の位置情報とを用いて、前記第１画像の倍率を前記第１画像の１つである基準画像の倍率に統一することを特徴とする観察装置。
2. 請求項１に記載の観察装置において、
   前記倍率補正手段は、
   前記第１画像毎に、前記設計情報と、前記第１画像を取得するときの前記位置情報とを用いて、前記基準画像の倍率に対する前記第１画像の倍率の比を算出する倍率比算出手段と、
   前記第１画像毎に、前記比の逆数である変換係数を用いて、前記第１画像を拡大または縮小する拡大縮小手段と、を含むことを特徴とする観察装置。
3. 請求項２に記載の観察装置において、
   前記設計情報は、前記非テレセントリック光学系の焦点距離と、前記非テレセントリック光学系の入射瞳位置までの距離であることを特徴とする観察装置。
4. 請求項３に記載の観察装置において、
   βを前記第１画像の前記比とし、Ｚ_０を前記基準画像を取得するときの前記標本内の基準点から前記非テレセントリック光学系の入射瞳までの距離とし、Ｚを前記入射瞳位置から遠ざかる方向を正とし前記基準画像を取得するときの前記基準点から前記第１画像を取得するときの前記基準点までの距離とするとき、以下の条件式
   β＝Ｚ_０／（Ｚ_０＋Ｚ）
   を満たすことを特徴とする観察装置。
5. 請求項４に記載の観察装置において、
   前記基準画像は、前記基準点と前記非テレセントリック光学系の前側焦点位置が一致するときに取得された第１画像であることを特徴とする観察装置。
6. 請求項５に記載の観察装置において、さらに、
   前記拡大縮小手段により倍率が統一された第２画像の画素構成を統一する画素構成統一手段を含むことを特徴とする観察装置。
7. 請求項６に記載の観察装置において、さらに、
   前記倍率補正手段及び前記画素構成統一手段により倍率及び画素構成が統一された第３画像を合成し、全体に焦点があった２次元の画像である全焦点画像を生成する画像合成手段を含むことを特徴とする観察装置。
8. 請求項７に記載の観察装置において、さらに、
   前記第１画像中の前記全焦点画像で表示される範囲を算出する全焦点範囲算出手段と、
   前記第１画像を前記範囲とともに表示する表示手段と、を含むことを特徴とする観察装置。
9. 非テレセントリック光学系と標本の距離を変化させながら前記標本を撮像し、複数の倍率の異なる第１画像を生成する第１のステップと、
   前記非テレセントリック光学系の設計情報と、前記画像を撮像するときの前記標本の位置情報とを用いて、前記第１画像の倍率を統一し、第２画像を生成する第２のステップと、を含むことを特徴とする倍率補正方法。
10. 請求項９に記載の倍率補正方法において、
    さらに、前記第２画像の画素構成を、前記第２画像のうち最も小さな画素数の画像の画素構成に統一し、第３画像を生成する第３のステップと、を含むことを特徴とする倍率補正方法。

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