JP2012220780A - 撮像システム - Google Patents

Abstract

【課題】気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差があるサンプルの全体画像を取得する場合においても、サンプルにピントが合った画像を取得することができる。
【解決手段】スペクトル信号検出器１１４は第２の平面に受光された光学像のスペクトルに対応する第２の信号を出力する。コントラスト検出器１１３は第３の平面に受光された光学像のコントラストから第３の平面とサンプル１０１との光学的な距離に対応する第３の信号を出力する。スペクトル信号検出器１１４は、第２の信号に基づいて、第１の領域の中に第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在するか否かを判定し、異常領域が存在すると判定した場合には異常信号を出力する。駆動部１１８は、第３の信号および異常信号に基づいて、少なくとも光学系１１１の光軸方向へのステージ１０２の移動を制御する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像システムに関する。

従来、顕微鏡等の光学機器では、生物標本等のサンプルからの光を受光素子へ照射し、その受光素子から出力される信号からサンプルのコントラスト値を検出し、その検出したコントラスト値に基づいてサンプルの合焦点を決定するコントラストＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ、オートフォーカス）制御が用いられている。例えば、コントラストＡＦの方式の一つとして、光軸方向に沿うレンズを移動させながら、撮像素子で取得した画像信号のコントラスト値をコントラスト検出器で検出し、そのコントラスト値が最大となる位置を合焦点と判定する山登りサーボ方式が知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、コントラストＡＦの方式として、予定合焦点に対して前後２ヶ所に前ピンセンサと後ピンセンサとの受光素子を配置し、前ピンセンサと後ピンセンサとにおけるサンプルのコントラスト値の差分を検出し、検出したコントラスト値の差分が０となる位置を合焦点と判定する光路差方式が知られている（例えば、特許文献２参照）。

上記の光路差方式を用いたオートフォーカス処理について図１１および図１２を参照して説明する。図１１は前ピンセンサと後ピンセンサとにおけるサンプルのコントラスト値の特性を示した図である。ここで、前ピンセンサはサンプルから予定合焦点に対して前の位置に配置された受光素子であり、後ピンセンサはサンプルから予定合焦点に対して後ろの位置に配置された受光素子である。図示するグラフの横軸はデフォーカス量を示しており、縦軸はコントラスト値を示している。曲線１００１は、デフォーカス量と、前ピンセンサが出力するコントラスト値との関係を示している。また、曲線１００２は、デフォーカス量と、後ピンセンサが出力するコントラスト値との関係を示している。また、破線１００３は、前ピンセンサの合焦点を示している。また、破線１００４は、後ピンセンサの合焦点を示している。また、破線１００５は、予定合焦点を示している。

図１２は、後ピンセンサのコントラスト値から前ピンセンサのコントラスト値を差分した値（以下、「差分コントラスト値」という）の特性を示した図である。図示するグラフの横軸はデフォーカス量を示し、縦軸は差分コントラスト値を示している。曲線１１０１は、デフォーカス量と、差分コントラスト値との関係を示している。また、破線１１０２は、予定合焦点を示している。

図１１に示すように、前ピンセンサのコントラスト値は、予定合焦点１００５よりもプラス方向へ離れた位置で最大となる。また、後ピンセンサのコントラスト値は、予定合焦点１００５よりもマイナス方向へ離れた位置で最大となる。このとき、前ピンセンサと後ピンセンサとの位置を予定合焦点から等距離に配置すると、前ピンセンサと後ピンセンサのコントラスト値が最大となる位置は、それぞれ予定合焦点から等距離の位置となる。よって、前ピンセンサと後ピンセンサのコントラスト値が一致する位置は予定合焦点となる。

すなわち、図１２に示すように、差分コントラスト値が０となる位置は予定合焦点となる。また、サンプルの位置が予定合焦点よりも近い位置に存在している場合には、差分コントラスト値は正の値となる。一方、サンプルの位置が予定合焦点よりも離れた位置に存在している場合には、差分コントラスト値は負の値となる。従って、光路差方式による合焦制御では、差分コントラスト値を算出して、その差分コントラスト値の極性に応じた方向にステージを移動させる処理を、差分コントラスト値が０に最接近するまで繰り返し行うことで、予定合焦点を検出することができる。

また、上述したコントラストＡＦを用いてサンプルの合焦点を検出し、観察対象であるサンプル全体を撮像する撮影システムとしてバーチャル顕微鏡装置が知られている（例えば、特許文献３参照）。図１３は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置の構成を示した概略図である。図示するバーチャル顕微鏡装置９００は、試料９０１が載置されるステージ９０２と、ステージ９０２を水平方向と光軸方向とに駆動させる駆動部９０９と、試料９０１を照明する透過光源９０３と、透過光源９０３の光を集光するコンデンサレンズ９０４と、試料９０１に対向するように複数のレンズで構成された対物レンズ９０５と、対物レンズ９０５の光軸に沿って配置された結像レンズ９０６と、試料９０１の光学像を撮像する撮像素子９０７と、試料９０１の位置が合焦位置となるように、試料９０１の合焦位置を特定する合焦信号解析部９０８とを備えている。

ステージ９０２に載置されているサンプル９０１には、透過光源９０３からの照明光がコンデンサレンズ９０４を通して照射されている。ステージ９０２は、駆動部９０９の駆動により水平方向（図中の直交するＸ軸方向とＹ軸方向）と光軸方向（図中のＺ軸方向）とに移動する。サンプル９０１の透過光は、対物レンズ９０５と結像レンズ９０６とを通して、撮像素子９０７に入射する。撮像素子９０７は、結像レンズ９０６により撮像面上に結像されたサンプル９０１の所定の領域を分割撮像する。撮像素子９０７により撮像された撮影画像は、合焦信号解析部９０８に送信される。

合焦信号解析部９０８では、撮影画像を画像処理することによりコントラスト値を算出し、その算出結果から撮影領域におけるサンプル９０１の合焦点を検出する。また、合焦信号解析部９０８は、サンプル９０１の合焦点を検出した後、ステージ９０２をサンプル９０１の合焦点となる位置に移動させるために、ステージ９０２の光軸方向の移動量と方向を算出して、駆動信号を生成する。合焦信号解析部９０８により生成された駆動信号は、駆動部９０９に入力される。駆動部９０９は、入力された駆動信号に基づいてステージ９０２を光軸方向に移動させる。その後、撮像素子９０７は、サンプル９０１の所定の領域を分割撮像する。

次に、図示しない水平駆動信号生成部から送信された水平信号により、駆動部９０９は、ステージ９０２を水平方向に移動させる。駆動部９０９がステージ９０２を水平方向に移動させた後、合焦信号解析部９０８は、上述した動作によりサンプル９０１の合焦点を検出する。その後、撮像素子９０７は、サンプル９０１の所定の領域を分割撮像する。バーチャル顕微鏡装置は、上述した動作を繰り返し行い、撮像素子９０７により撮像されたそれぞれの分割画像を、図示しない画像処理部において貼り合わせることによって、サンプル９０１の全体を高精度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。

特開２００４−１７０４８１号公報 特開平８−１６０２８４号公報 特開２００９−１７３３４号公報

コントラストＡＦを用いたバーチャル顕微鏡等の撮像システムでは、撮像領域において、気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差があった場合に、サンプルのコントラスト値以外に、気泡、ゴミ、しわ等との境界のコントラスト値も検出される。サンプルのコントラスト値と比べて気泡、ゴミ、しわ等との境界のコントラスト値が非常に大きいために、サンプルのコントラスト値のみを精度良く検出することができない。そのため、気泡、ゴミ、しわ等との境界のコントラスト値が含まれたコントラスト値を解析して合焦点を検出した場合、実際のサンプルの合焦点と大きく異なる位置を合焦点として検出してしまう。具体的には、気泡、ゴミ、しわ等との境界部分を合焦点として検出してしまい、サンプルにピントが合わない。従って、気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差があるサンプルの全体画像を取得する場合、一部の撮影領域において、精度良く合焦点を検出することができておらず、サンプルにピントが合っていない画像を取得してしまうという課題がある。

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、気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差があるサンプルにおいても、より精度良く合焦点を検出し、サンプルにピントが合った画像を取得することができる撮像システムを提供することを目的とする。

本発明は、観察対象を保持するステージと、第１の平面を有し、前記第１の平面に受光された光学像に対応する第１の信号を出力する撮像部と、第２の平面を有し、前記第２の平面に受光された光学像のスペクトルに対応する第２の信号を出力するスペクトル信号検出部と、第３の平面を有し、前記第３の平面に受光された光学像のコントラストから前記第３の平面と前記観察対象との光学的な距離に対応する第３の信号を出力する合焦信号検出部と、前記観察対象の少なくとも一部の領域を含む第１の領域の光学像を前記第１の平面に受光させ、前記第１の領域に含まれる第２の領域の光学像を前記第２の平面に受光させ、前記第２の領域に含まれる第３の領域の光学像を前記第３の平面に受光させる光学系と、前記第２の信号に基づいて、前記第１の領域の中に前記第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在するか否かを判定し、前記異常領域が存在すると判定した場合には異常信号を出力する異常検出部と、前記第３の信号および前記異常信号に基づいて、少なくとも前記光学系の光軸方向への前記ステージの移動を制御する駆動部と、を備えることを特徴とする撮像システムである。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記スペクトル信号検出部は、前記第２の平面に受光された光学像のスペクトルのうち、第１の波長の光のスペクトルに対応する信号と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光のスペクトルに対応する信号とを出力し、前記異常検出部は、前記第１の波長の光のスペクトルに対応する信号と、前記第２の波長の光のスペクトルに対応する信号との演算値と、予め定められた基準値とを比較することで、前記第１の領域の中に前記第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在するか否かを判定することを特徴とする。

また、本発明は、前記第３の信号に基づいて、前記光学系の光軸方向への前記ステージの移動量を算出する算出部を備え、前記算出部が算出した前記光学系の光軸方向への前記ステージの移動量が所定の量を超え、かつ前記異常検出部が前記異常信号を出力した場合、前記駆動部は、前記光学系の光軸方向の前記ステージの位置が前記観察対象を前回撮像した際の位置と同じ位置となるように前記ステージの移動を制御することを特徴とする撮像システムである。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記スペクトル信号検出部は複数の画素を有し、前記複数の画素の各々は光電変換素子とカラーフィルタを有し、前記複数の画素が有するカラーフィルタの各々は、互いに異なる特定の波長の光を透過させることを特徴とする。

また、本発明の撮像システムにおいて、前記第３の平面は前記第１の平面と同一の平面上に存在し、前記合焦信号検出部は、前記撮像部が出力する前記第１の信号に基づいて、前記第３の信号を出力することを特徴とする。

本発明によれば、ステージは観察対象を保持する。また、撮像部は、第１の平面を有し、第１の平面に受光された光学像に対応する第１の信号を出力する。また、スペクトル信号検出部は、第２の平面を有し、第２の平面に受光された光学像のスペクトルに対応する第２の信号を出力する。また、合焦信号検出部は、第３の平面を有し、第３の平面に受光された光学像のコントラストから第３の平面と観察対象との光学的な距離に対応する第３の信号を出力する。また、光学系は、観察対象の少なくとも一部の領域を含む第１の領域の光学像を第１の平面に受光させ、第１の領域に含まれる第２の領域の光学像を第２の平面に受光させ、第２の領域に含まれる第３の領域の光学像を第３の平面に受光させる。また、異常検出部は、第２の信号に基づいて、第１の領域の中に第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在するか否かを判定し、異常領域が存在すると判定した場合には異常信号を出力する。また、駆動部は、第３の信号および異常信号に基づいて、少なくとも光学系の光軸方向へのステージの移動を制御する。

これにより、第１の領域の中に第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在する場合においても、駆動部は、異常信号に基づいて、少なくとも光学系の光軸方向へのステージの移動を制御することができる。従って、観察対象にピントが合った画像を取得することができる。

本発明の一実施形態における撮像システムの構成を示した概略図である。 本実施形態におけるスペクトル信号検出器の断面図である。 本実施形態における光電変換素子に配置されたカラーフィルタの分光透過率を示したグラフである。 本実施形態において、撮像素子が分割画像を撮像する第１の領域と、コントラスト検出器がコントラストを検出する第２の領域と、スペクトル信号検出器がスペクトル信号を検出する第３の領域との関係を示した概略図である。 本実施形態において、封入剤下のサンプルの表面に焦点が合うように手動でステージの位置を調整して、気泡が混入したサンプルを撮像した際の全体画像を示した図である。 本実施形態におけるサンプルの透過スペクトル信号を実測した結果を示したグラフである。 本実施形態における領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃの除算スペクトル信号の値を示した図である。 本実施形態における基準値βと、合焦点である領域の除算スペクトル信号と、少なくとも合焦点ではない領域を含む領域の除算スペクトル信号との関係を示した図である。 本実施形態において、サンプルの染色方法毎に、基準値βと、除算スペクトル信号を算出するための第１の波長と第２の波長とを設定した値の例を示した図である。 本実施形態における撮像システムの合焦制御の動作手順を示したフローチャートである。 従来知られている、前ピンセンサと後ピンセンサとにおけるサンプルのコントラスト値の特性を示した図である。 従来知られている、後ピンセンサのコントラスト値から前ピンセンサのコントラスト値を減算した値の特性を示した図である。 従来知られているバーチャル顕微鏡装置の構成を示した概略図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における撮像システム１の構成を示した概略図である。図示する例では、撮像システム１は、ステージ１０２と、透過光源１０３と、コンデンサレンズ１０４と、光学系１１１と、撮像素子１１２（撮像部）と、コントラスト検出器１１３（合焦信号検出部）と、スペクトル信号検出器１１４（スペクトル信号検出部）と、合焦信号解析部１１５と、スペクトル信号解析部１１６（異常検出部）と、演算部１１７（算出部）と、駆動部１１８と、画像処理部１１９と、記憶部１２０とを備える。また、光学系１１１は、対物レンズ１０５と、第１の結像レンズ１０６と、第２の結像レンズ１０７と、第３の結像レンズ１０８と、第１の光路分割装置１０９と、第２の光路分割装置１１０とを備える。

ステージ１０２は、サンプル１０１を載置するための台であり、駆動部１１８の駆動により、水平方向（図中の直交するＸ軸方向とＹ軸方向）と光軸方向（図中のＺ軸方向）とに移動する。透過光源１０３は、光を発し、サンプル１０１を透過照明する。コンデンサレンズ１０４は、透過光源１０３が発した光を集光してサンプル１０１に照射する。対物レンズ１０５は、複数のレンズで構成されており、サンプル１０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ１０５はサンプル１０１からの光束を集光させる。

第１の光路分割装置１０９は、対物レンズ１０５の光軸上かつ対物レンズ１０５と第２の光路分割装置１１０との間に配置されている。また、第１の光路分割装置１０９は、対物レンズ１０５が集光した光の一部を透過して、一部を第２の結像レンズ１０７の方向に反射する。これにより、第１の光路分割装置１０９は、対物レンズ１０５が集光した光を、第２の光路分割装置１１０の方向と、第２の結像レンズ１０７の方向とに２分割する。第２の光路分割装置１１０は、対物レンズ１０５の光軸上かつ第１の光路分割装置１０９と第１の結像レンズ１０６との間に配置されている。また、第２の光路分割装置１１０は、第１の光路分割装置１０９が透過した光の一部を透過して、一部を第３の結像レンズ１０８の方向に反射する。これにより、第２の光路分割装置１１０は、第１の光路分割装置１０９が透過した光を、第１の結像レンズ１０６の方向と、第３の結像レンズ１０８の方向とに２分割する。

第１の結像レンズ１０６は、対物レンズ１０５の光軸に沿って配置されており、対物レンズ１０５が集光し、第１の光路分割装置１０９と第２の光路分割装置１１０とが透過した光を、撮像素子１１２の撮像面（第１の平面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１の透過光の一部は、撮像素子１１２に導かれる。

第２の結像レンズ１０７は、対物レンズ１０５が集光し、第１の光路分割装置１０９が反射した光をコントラスト検出器１１３の受光面（第３の平面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１の透過光の一部はコントラスト検出器１１３に導かれる。第３の結像レンズ１０８は、対物レンズ１０５が集光し、第１の光路分割装置１０９が透過し、第２の光路分割装置１１０が反射した光をスペクトル信号検出器１１４の受光面（第２の平面）上に結像させる。これにより、サンプル１０１の透過光の一部はスペクトル信号検出器１１４に導かれる。

コントラスト検出器１１３は、第２の結像レンズ１０７により結像されたサンプル１０１の透過光のコントラスト値を検出する。コントラスト検出器１１３により検出されたコントラスト値は、合焦信号解析部１１５に入力される。スペクトル信号検出器１１４は、第３の結像レンズ１０８により結像されたサンプル１０１の透過光のスペクトル信号を検出する。スペクトル信号検出器１１４により検出されたサンプル１０１のスペクトル信号は、スペクトル信号解析部１１６に入力される。

合焦信号解析部１１５は、コントラスト検出器１１３から入力されるコントラスト値を解析することによって、撮像領域におけるサンプル１０１の第１の合焦点を算出し、その算出結果から光軸方向におけるステージ１０２の移動量と方向とを算出する。そして、合焦信号解析部１１５は、ステージ１０２の移動量と方向とを示す第１の駆動信号を生成する。合焦信号解析部１１５により生成された第１の駆動信号は、演算部１１７と駆動部１１８とに入力される。ここで、第１の合焦点は、コントラスト値を解析することにより算出されたサンプル１０１の仮の合焦点である。

スペクトル信号解析部１１６は、スペクトル信号検出器１１４から入力されるスペクトル信号を解析することによって、合焦信号解析部１１５により算出された第１の合焦点が真の合焦点か偽の合焦点であるかを判定し、判定結果を示す判定信号を生成する。スペクトル信号解析部１１６により生成された判定信号は、演算部１１７に入力される。ここで、真の合焦点は、サンプル１０１の表面にピントが合っている合焦点である。また、偽の合焦点は、サンプル１０１の表面にピントが合っていない合焦点である。

演算部１１７は、第１の駆動信号と判定信号とを解析することによって、サンプル１０１の第２の合焦点を算出し、その算出結果から光軸方向におけるステージ１０２の移動量と方向とを算出する。そして、演算部１１７は、ステージ１０２の移動量と方向とを示す第２の駆動信号を生成する。演算部１１７により生成された第２の駆動信号は、駆動部１１８に入力される。ここで、第２の合焦点は、第１の駆動信号と判定信号とを解析することにより算出された、サンプル１０１の最終的な合焦点である。また、第２の駆動信号は、第１の駆動信号に基づいて移動したステージ１０２の位置が偽の合焦点であった場合に、ステージ１０２の位置を第１の合焦点から第２の合焦点に移動させるために生成される補正用駆動信号である。なお、合焦信号解析部１１５と、スペクトル信号解析部１１６と、演算部１１７とによる合焦制御の詳細な手順については後述する。

駆動部１１８は、合焦信号解析部１１５から入力された第１の駆動信号、または演算部１１７から入力された第２の駆動信号に基づいて、ステージ１０２を光軸方向（図中のＺ方向）に移動させる。また、駆動部１１８は、図示しない水平駆動信号生成部から送信された水平信号により、ステージ１０２を水平方向（図中のＸ方向およびＹ方向）に移動させる。

撮像素子１１２は、合焦動作が完了した後に、第１の結像レンズ１０６により撮像面上に結像されたサンプル１０１の所定の領域の光学像を撮像し、サンプル１０１の分割画像を生成する。画像処理部１１９は、撮像素子１１２が撮像した複数枚の分割画像を貼り合わせる等の画像処理を行うことにより、サンプル１０１の全体画像を生成する。

次に、スペクトル信号検出器１１４の構成について説明する。図２は、本実施形態におけるスペクトル信号検出器１１４の断面図である。図示するように、スペクトル信号検出器１１４は列を成して直線上に配置された光電変換素子２０１〜２０５を備えている。また、光電変換素子２０１〜２０５の受光面の各々に、互いに分光透過率の異なるカラーフィルタ２１１〜２１５が配置されている。この構成により、スペクトル信号検出器１１４が備える各光電変換素子２０１〜２０５は、互いに異なる波長のスペクトル情報を検出することができる。

次に、光電変換素子２０１〜２０５に配置されたカラーフィルタ２１１〜２１５の分光透過率の特性について説明する。図３は、本実施形態における光電変換素子２０１〜２０５に配置されたカラーフィルタ２１１〜２１５の分光透過率を示したグラフである。図示するグラフの横軸は波長を示し、縦軸は透過率を示している。また、曲線１２０１は、光電変換素子２０１に配置されたカラーフィルタ２１１の透過率を示している。また、曲線１２０２は、光電変換素子２０２に配置されたカラーフィルタ２１２の透過率を示している。また、曲線１２０３は、光電変換素子２０３に配置されたカラーフィルタ２１３の透過率を示している。また、曲線１２０４は、光電変換素子２０４に配置されたカラーフィルタ２１４の透過率を示している。また、曲線１２０５は、光電変換素子２０５に配置されたカラーフィルタ２１５の透過率を示している。このように、カラーフィルタ２１１〜２１５を透過する光の波長は異なる。従って、光電変換素子２０１〜２０５が検出する光の波長もそれぞれ異なる。

次に、撮像素子１１２がサンプル１０１の分割画像を撮像する第１の領域と、スペクトル信号検出器１１４がスペクトル信号を検出する第２の領域と、コントラスト検出器１１３がコントラストを検出する第３の領域との関係について説明する。図４は、本実施形態において、撮像素子１１２が分割画像を撮像する第１の領域と、スペクトル信号検出器１１４がスペクトル信号を検出する第２の領域と、コントラスト検出器１１３がコントラストを検出する第３の領域との関係を示した概略図である。図示する例では、コントラスト検出器１１３がコントラストを検出する第３の領域４０３は、スペクトル信号検出器１１４がスペクトル信号を検出する第２の領域４０２に含まれている。また、スペクトル信号検出器１１４がスペクトル信号を検出する第２の領域４０２は、撮像素子１１２がサンプル１０１の分割画像を撮像する第１の領域に含まれている。

次に、サンプル１０１の全体を撮像した全体画像の例について説明する。図５は、本実施形態において、封入剤下のサンプル１０１の表面に焦点が合うように手動でステージ１０２の位置を調整して、気泡が混入したサンプル１０１を撮像した際の全体画像を示した図である。サンプル１０１は、保存性を高めるためにカバーガラスをかけて封入剤で固められるが、サンプル１０１の製作過程において封入剤の隙間に気泡が混入する場合がある。気泡の屈折率は１．００であり封入剤の屈折率は１．５２〜１．５７であるために、気泡下のサンプル１０１の表面から撮像素子１１２までの光学的距離と、封入剤下のサンプル１０１の表面から撮像素子１１２までの光学的距離とが異なる。図示する全体画像は、気泡下のサンプル１０１の表面ではなく、封入剤下のサンプル１０１の表面に焦点が合うように、ステージ１０２の光軸方向の位置を手動で移動して撮像した画像である。また、図中の曲線５０１，５０２は、気泡と封入剤との境界線である。

ここで、図５に図示した領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃは、それぞれスペクトル検出領域（第２の領域４０２）を含む撮像領域（第１の領域４０１）であるとする。領域Ａは封入剤で覆われた領域であり、サンプル１０１の表面に焦点が合っている。領域Ｂは気泡で覆われた領域であり、サンプル１０１の表面に焦点が合っていない。領域Ｃは封入剤で覆われた領域と気泡で覆われた領域とを含んでおり、サンプル１０１の表面に焦点が合っている領域と焦点が合っていない領域とがある。よって、領域Ｂと領域Ｃとは、少なくともサンプル１０１の表面に焦点が合っていない領域を含んでいる。

また、図５に示したサンプル１０１は、細胞質と細胞核などの組織の形態を観察するために、ヘマトキシリンとエオジン（以下、「ＨＥ」という）によって染色された病理組織標本である。ＨＥ染色された病理組織標本中に含まれる色素は、染色色素であるヘマトキシリンとエオジンの色素、および生体内色素である赤血球がある。細胞核はヘマトキシリンによって青紫色に染色され、細胞質と赤血球とはエオジンによってピンク色に染色される。よって、ＨＥ染色されたサンプル１０１の透過スペクトル信号は、青紫色とピンク色の波長に極大値をもつ。

次に、サンプル１０１の透過スペクトル信号について説明する。図６は、図５に示したサンプル１０１の全体画像中の領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃにおける、サンプル１０１の透過スペクトル信号を実測した結果を示したグラフである。図示するグラフの横軸は波長を示し、縦軸は波長５３０ｎｍにおけるサンプル１０１の光の透過スペクトル信号を１として規格化した値（以下、「規格化スペクトル値」という）を示している。また、信号（Ａ）は、領域Ａの透過スペクトル信号を示している。また、信号（Ｂ）は、領域Ｂの透過スペクトル信号を示している。また、信号（Ｃ）は、領域Ｃの透過スペクトル信号を示している。

図示するグラフより、スペクトル検出領域を含む撮像領域によって、サンプル１０１の透過スペクトル信号の波形が異なることが分かる。例えば、サンプル１０１の表面に合焦している領域Ａにおいて検出された規格化スペクトル値は、少なくともサンプル１０１の表面に合焦していない領域を含む領域Ｂおよび領域Ｃにおいて検出された規格化スペクトル値よりも、４００ｎｍ〜４５０ｎｍと６００ｎｍ〜７００ｎｍの波長範囲において大きな値であることが分かる。本実施形態では、上記の透過スペクトル信号の特性を利用することによって、スペクトル信号解析部１１６が、スペクトル検出領域を含む撮像領域においてステージ１０２の位置が真の合焦点であるか偽の合焦点であるかを判定する。

次に、図５中の領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃにおける合焦点（ステージ１０２の位置）が真の合焦点か偽の合焦点であるかを判定する方法について示す。以下、第１の波長５３０ｎｍと第２の波長６００ｎｍを透過させるカラーフィルタを搭載したスペクトル信号検出器１１４により検出された、第１の波長における第１の透過スペクトル信号Ｓ１と、第２の波長における第２の透過スペクトル信号Ｓ２とを用いて、真の合焦点か偽の合焦点であるかを判定する方法について示す。ここで、第２の透過スペクトル信号Ｓ２を第１の透過スペクトル信号Ｓ１で割った値を「除算スペクトル信号」とする。なお、第１の波長と第２の波長とは任意に選択した波長であり、必ずしも第１の波長を５３０ｎｍ、第２の波長を６００ｎｍとする必要はない。

図７は、図６に示したグラフの値を用いて算出した図５中の領域Ａ、領域Ｂおよび領域Ｃにおける除算スペクトル信号の値を示した図である。図示する例では、領域Ａの除算スペクトル信号は４．９３であり、領域Ｂの除算スペクトル信号は４．０５であり、領域Ｃの除算スペクトル信号は３．８５である。このように、スペクトル検出領域を含む撮像領域によって除算スペクトル信号が異なることが分かる。例えば、サンプル１０１の表面に焦点が合っている領域Ａにおいて検出された除算スペクトル信号は、少なくともサンプル１０１の表面に焦点が合っていない領域を含む領域Ｂおよび領域Ｃにおいて検出された除算スペクトル信号よりも大きな値となる。従って、除算スペクトル信号が大きい領域は、サンプル１０１の表面に焦点が合っている領域であると判定することができる。

ここで、除算スペクトル信号に対する基準値βを設ける。図８は、本実施形態における基準値βと、合焦点である領域の除算スペクトル信号と、少なくとも合焦点ではない領域を含む領域の除算スペクトル信号との関係を示した図である。図示する例では、基準値β以上の除算スペクトル信号を検出した領域は、サンプル１０１の表面に焦点が合っている領域であり、基準値β未満の除算スペクトル信号を検出した領域は、少なくともサンプル１０１の表面に焦点が合っていない領域を含む領域であることを示している。

本実施形態では、スペクトル信号解析部１１６は、撮影領域の除算スペクトル信号と基準値βとの大小関係を比較することによって、撮像領域において、ステージ１０２の位置が真の合焦点であるか偽の合焦点であるかを判定する。図８に示すように、撮影領域の除算スペクトル信号が基準値β以上の場合には、スペクトル信号解析部１１６は、撮像領域において、ステージ１０２の位置を真の合焦点であると判定して正常信号を生成する。また、撮影領域の除算スペクトル信号が基準値β未満の場合には、スペクトル信号解析部１１６は、撮像領域において、ステージ１０２の位置を偽の合焦点であると判定して異常信号を生成する。

例えば、基準値βを４．５と設定した場合について説明する。このとき、領域Ａの除算スペクトル信号「４．９３」は基準値β以上であるので、スペクトル信号解析部１１６は、ステージ１０２の位置を真の合焦点であると判定して正常信号を生成する。また、領域Ｂの除算スペクトル信号「４．０５」および領域Ｃの除算スペクトル信号「３．８５」は基準値β未満であるので、スペクトル信号解析部１１６は、ステージ１０２の位置を偽の合焦点であると判定して異常信号を生成する。

なお、サンプル１０１の染色方法（染色液）によって透過スペクトル信号の特性が異なるため、サンプル１０１の染色方法毎に、基準値βと、除算スペクトル信号を算出するための第１の波長と第２の波長とを設定するようにしてもよい。そして、サンプル１０１を撮影する際に、サンプルの染色方法を指定することで、サンプルの染色方法に合致した基準値βと、第１の波長と、第２の波長とが設定されるようにしてもよい。このとき、基準値βの値は、サンプルの表面にピントが合っている領域の除算スペクトルよりも小さく、少なくともサンプルの表面にピントが合っていない領域を含む領域の除算スペクトルよりも大きな値とする。

図９は、本実施形態において、サンプル１０１の染色方法毎に、基準値βと、除算スペクトル信号を算出するための測定波長（第１の波長と第２の波長）とを設定した値の例を示した図である。図示する例では、サンプル１０１の染色方法が「ＨＥ染色」の場合には、基準値βを「４．５」と設定し、測定波長として第１の波長を「５３０ｎｍ」と設定し、第２の波長を「６００ｎｍ」と設定している。また、図示する例では、染色方法「ＭＴ染色（マッソン・トリクローム染色）」と「パパニコロウ染色」等についても、それぞれ基準値βと、測定波長を設定している。

なお、ＭＴ染色は、筋繊維や幹細胞を赤色に染色し、コラーゲンや膠原線維を緑色に染色し、核を青紫色に染色する。また、パパニコロウ染色は、核を青紫色に染色し、細胞質(扁平上皮系細胞)のうち基底細胞を濃青緑色に染色し、中層細胞を淡青緑色に染色し、表層細胞を淡赤色〜橙黄色に染色する。このように、それぞれの染色方法において、何色に染色するかという情報は既知であるため、測定波長と基準値βとを記憶部１２０に記憶しておくことで、各染色方法で染色されたサンプル１０１に対しても、スペクトル情報を検出することにより、サンプル１０１の位置が合焦位置に存在するか否か（サンプル１０１の表面にピントが合っているか否か）を判定することができる。

次に、従来の撮像システムではサンプル１０１の表面にピントが合わない例について、図５を参照して説明する。コントラストＡＦを用いたバーチャル顕微鏡等の従来の撮像システムでは、撮像領域において気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差があった場合に、サンプルのコントラスト値以外に、気泡、ゴミ、しわ等との境界のコントラスト値も検出される。サンプルのコントラスト値と比べて気泡、ゴミ、およびしわ等との境界のコントラスト値が非常に大きいために、サンプルのコントラスト値のみを精度良く検出することができない。そのため、気泡、ゴミ、しわ等との境界のコントラスト値が含まれたコントラスト値を解析して合焦点を検出した場合、実際のサンプルの合焦点と大きく異なる位置を合焦点として検出してしまう。例えば、従来の撮像システムで図５の領域Ｃの撮像を行った場合、封入剤と気泡との境界線のコントラスト値が高くなるため、封入剤と気泡との境界線にピントが合ってしまい、サンプル１０１の表面にピントが合わない。

そこで、本実施形態の撮像システム１では、サンプル１０１の表面にピントが合っているか否かを除算スペクトル信号と基準値βとを用いて判定し、サンプル１０１の表面にピントが合っていない場合に第２の駆動信号を生成して、ステージ１０２の位置をサンプル１０１の表面にピントが合う位置に移動させる。なお、分割画像を撮像する度に、サンプル１０１の表面にピントが合っているか否かを除算スペクトル信号と基準値βとを用いて判定してもよいが、本実施形態では処理の負荷を低減するために、前回分割画像を撮像してから今回分割画像を撮像する際に、ステージ１０２が所定量以上移動した場合にのみ、除算スペクトル信号と基準値βとを用いてサンプル１０１の表面にピントが合っているか否かを判定する。これは、サンプル１０１の表面はほぼ平らなので、前回分割画像を撮像してから今回分割画像を撮像する際にステージ１０２が所定量以上動いた場合、ピントが、サンプル１０１の表面から、気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差との境界にずれた可能性が高いためである。

また、第２の駆動信号により、ステージ１０２の位置をサンプル１０１の表面にピントが合う位置に移動させる際には、ステージ１０２を、前回分割画像を撮影した際のステージ１０２の位置と同じ位置に移動させる。これは、サンプル１０１の表面はほぼ平らなので、前回撮影した分割画像においてサンプル１０１にピントが合っている場合、ステージ１０２の位置を、前回分割画像を撮影した際のステージ１０２の位置と同じ位置とすることで、サンプル１０１の表面にピントが合う可能性が高いためである。

次に、撮像システム１の合焦制御の動作手順について説明する。図１０は、本実施形態における撮像システム１が第ｎショット目（ｎは２以上の整数）の処理を行う際の合焦制御の動作手順を示したフローチャートである。ここで、第ｎショット目の処理とは、撮像素子１１２がサンプル１０１の所定の領域の画像（分割画像）をｎ番目に撮像する処理を指す。また、第（ｎ−１）ショット目の処理とは、第ｎショット目の処理を行う直前に、撮像素子１１２がサンプル１０１の分割画像を撮像する処理を指す。

なお、撮像システム１は、１枚目の分割画像を撮像する際（第１ショット目の処理を行う際）には、コントラストＡＦを用いて、最終合焦点にサンプル１０１の表面が移動するようにステージ１０２を光軸方向に移動させた後、サンプル１０１の分割画像を撮像する。

また、撮像システム１は、最終合焦点にサンプル１０１の表面が移動するようにステージ１０２を光軸方向に移動させた後、サンプル１０１の分割画像を撮像する。また、撮像システム１の記憶部１２０は、サンプル１０１の表面が最終合焦点に移動した際のステージ１０２の位置を記憶する。

（ステップＳ１０１）駆動部１１８は、第ｎショット目の処理の直前に行った分割画像の撮像処理（第ｎ−１ショット目の処理）を完了した後、ステージ１０２を水平方向に移動させ、第ｎショット目の処理におけるサンプル１０１の合焦点の検出処理を開始する。その後、ステップＳ１０２の処理に進む。

（ステップＳ１０２）サンプル１０１の透過光は、光学系１１１を通してコントラスト検出器１１３に入射される。コントラスト検出器１１３は、コントラスト検出器１１３に入射された光の入射光量と蓄積時間に依存した画素信号を解析することによって、コントラスト値を検出する。その後、ステップＳ１０３の処理に進む。

（ステップＳ１０３）コントラスト検出器１１３が検出したコントラスト値は、合焦信号解析部１１５に入力される。合焦信号解析部１１５は、従来技術で示した山登りサーボ方式等を用いて、コントラスト値が最大となる位置を第１の合焦点として算出し、その算出結果から光軸方向におけるステージ１０２の移動量と方向とを算出して第１の駆動信号を生成する。その後、ステップＳ１０４の処理に進む。

（ステップＳ１０４）合焦信号解析部１１５が生成した第１の駆動信号は、演算部１１７と駆動部１１８とに入力される。駆動部１１８は、合焦信号解析部１１５から入力された第１の駆動信号に基づいて、ステージ１０２を光軸方向に移動させる。その後、ステップＳ１０５の処理に進む。ここで、第ｎショット目の処理において、第１の駆動信号により移動した後におけるステージ１０２の光軸方向の位置を示す情報を「位置（ｎ，１）」と表す。また、第ｎショット目の処理において、分割画像を撮像した際のステージ１０２の光軸方向の位置（最終合焦点）を示す情報を「位置（ｎ，２）」と表す。従って、ステップＳ１０４の処理を終了した時点でのステージ１０２の位置情報は「位置（ｎ，１）」である。なお、第ｎショット目の処理での光軸方向におけるステージ１０２の位置情報は、記憶部１２０が記憶する。

（ステップＳ１０５）演算部１１７は、（１）式を用いて、第ｎ−１ショット目の処理における最終合焦点「位置（ｎ−１，２）」から、第ｎショット目の処理においてステップＳ１０４の処理を終了した時点でのステージ１０２の位置情報「位置（ｎ，１）」への光軸方向の移動量（以下、「差分移動量」という）の絶対値を算出し、基準値αとの大小関係を比較する。差分移動量の絶対値が基準値α以下であると演算部１１７が判定した場合にはステップＳ１０６の処理に進み、差分移動量の絶対値が基準値αよりも大きいと演算部１１７が判定した場合にはステップＳ１０７の処理に進む。なお、基準値αは、サンプル１０１の表面の凹凸のオーダーと同じ程度の値とする。すなわち、サンプル１０１の表面の低い所と高い所との差よりも、ステージ１０２の差分移動量が大きい場合は、サンプル１０１の表面以外にピントが合っている可能性が高いと判定する。

｜位置（ｎ，１）−位置（ｎ−１，２）｜≦基準値α ・・・（１）式

（ステップＳ１０６）演算部１１７は、差分移動量の絶対値が基準値α以下の場合には、撮像領域において、ステップＳ１０４の処理を終了した時点でのステージ１０２の位置「位置（ｎ，１）」が真の合焦点であると判定する。このとき、演算部１１７は、補正用駆動信号である第２の駆動信号を生成せず、「位置（ｎ，１）」で示されるステージ１０２の位置を、サンプル１０１の最終的な合焦点である最終合焦点「位置（ｎ，２）」とする。記憶部１２０は、最終合焦点「位置（ｎ，２）」を記憶する。その後、ステップＳ１１３の処理に進む。

（ステップＳ１０７）差分移動量の絶対値が基準値αよりも大きい場合には、ステップＳ１０３の処理で合焦信号解析部１１５が算出し、ステップＳ１０４の処理で移動したステージ１０２の位置「位置（ｎ，１）」が真の合焦点であるか偽の合焦点であるかを判定するために、スペクトル信号検出器１１４は、サンプル１０１のスペクトル信号を検出する。その後、ステップＳ１０８の処理に進む。

（ステップＳ１０８）スペクトル信号検出器１１４がステップＳ１０７の処理で検出したスペクトル信号は、スペクトル信号解析部１１６に入力される。スペクトル信号解析部１１６は、入力されたスペクトル信号を解析することによって、ステップＳ１０３の処理で合焦信号解析部１１５が算出し、ステップＳ１０４の処理で移動したステージ１０２の位置「位置（ｎ，１）」が真の合焦点であるか偽の合焦点であるかを判定する。そして、スペクトル信号解析部１１６は、スペクトル検出領域を含む撮像領域において、ステップＳ１０３の処理で合焦信号解析部１１５が算出し、ステップＳ１０４の処理で移動したステージ１０２の位置「位置（ｎ，１）」が、真の合焦点であると判定した場合には判定信号として正常信号を生成し、偽の合焦点であると判定した場合には判定信号として異常信号を生成する。その後、ステップＳ１０９の処理に進む。なお、スペクトル信号解析部１１６における具体的な判定方法については上述した通りである。

（ステップＳ１０９）スペクトル信号解析部１１６がステップＳ１０８の処理で生成した判定信号（正常信号または異常信号）は、演算部１１７に入力される。演算部１１７は、スペクトル信号解析部１１６から入力された判定信号が正常信号であるか異常信号であるかを判定する。スペクトル信号解析部１１６から入力された判定信号は正常信号であると演算部１１７が判定した場合にはステップＳ１１０の処理に進み、スペクトル信号解析部１１６から入力された判定信号は異常信号であると演算部１１７が判定した場合にはステップＳ１１１の処理に進む。

（ステップＳ１１０）演算部１１７は、スペクトル信号解析部１１６から入力された判定信号が正常信号である場合には、撮像領域において、ステップＳ１０４の処理を終了した時点でのステージ１０２の位置「位置（ｎ，１）」が真の合焦点であると判定する。このとき、演算部１１７は、補正用駆動信号である第２の駆動信号を生成せず、「位置（ｎ，１）」で示されるステージ１０２の位置を、サンプル１０１の最終的な合焦点である最終合焦点「位置（ｎ，２）」とする。記憶部１２０は、最終合焦点「位置（ｎ，２）」を記憶する。その後、ステップＳ１１３の処理に進む。

（ステップＳ１１１）演算部１１７は、スペクトル信号解析部１１６から入力された判定信号が異常信号である場合には、撮像領域において、ステップＳ１０４の処理を終了した時点でのステージ１０２の位置「位置（ｎ，１）」が偽の合焦点であると判定する。このとき、演算部１１７は、サンプル１０１の最終的な合焦点である最終合焦点「位置（ｎ，２）」を、前ショット目の処理、すなわちｎ−１ショット目の処理における最終合焦点「位置（ｎ−１，２）」と同じ位置と設定する。また、記憶部１２０は、最終合焦点「位置（ｎ，２）」を記憶する。そして、演算部１１７は、ステップＳ１０４の処理で、「位置（ｎ，１）」に移動させたステージ１０２を、「位置（ｎ，２）」に戻すために、光軸方向におけるステージ１０２の移動量と方向とを算出し、補正駆動信号である第２の駆動信号を生成する。その後、ステップＳ１１２の処理に進む。なお、演算部１１７は、記憶部１２０に記憶されている前ショット目の光軸方向におけるステージ１０２の位置情報「位置（ｎ−１，２）」を用いて、最終合焦点「位置（ｎ，２）」を設定する。

（ステップＳ１１２）演算部１１７がステップＳ１１１の処理で生成した第２の駆動信号は、駆動部１１８に入力される。駆動部１１８は、演算部１１７から入力された第２の駆動信号に基づいて、ステージ１０２を光軸方向に移動させる。その後、ステップＳ１１３の処理に進む。
（ステップＳ１１３）ステップＳ１０６、ステップＳ１１０およびステップＳ１１２のうちいずれかの処理を完了した場合、第ｎショット目の処理におけるサンプル１０１の合焦制御を終了する。

なお、合焦制御が終了した場合、撮像素子１１２は、第ｎショット目の分割画像を撮像する。また、画像処理部１１９は、上記の処理を繰り返し実行して撮像素子１１２がサンプル１０１全体の部分画像の撮像を完了した場合、貼り合わせ等の画像処理を行い、サンプル１０１の全体を高精度に撮像した１枚のデジタル画像を生成する。

上述したとおり、本実施形態によれば、撮像システム１は、サンプル１０１の分割画像を撮像する際に、撮像領域である第１の領域に含まれる第３の領域のコントラスト値に基づいて、コントラストＡＦを用いてステージ１０２を移動させることによりサンプル１０１にピントを合わせる。このとき、前回分割画像を撮像してからステージ１０２が所定量以上移動した場合、サンプル１０１の表面以外にピントが合っている可能性があるため、第３の領域を含む第２の領域の除算スペクトル信号を算出する。そして、算出した除算スペクトル信号と基準値βとの大小関係を比較し、除算スペクトル信号が基準値β以上であれば、コントラストＡＦで合わせたピントは真の合焦点である（サンプル１０１の表面にピントが合っている）と判定し、サンプル１０１の分割画像を撮像する。また、除算スペクトル信号が基準値β未満であれば、コントラストＡＦで合わせたピントは偽の合焦点である（サンプル１０１の表面にピントが合っていない）と判定し、ステージ１０２の位置を、前回分割画像を撮像した際のステージ１０２の位置と同じ位置とする。これにより、コントラストＡＦによって気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差との境界など、偽の合焦点にピントが合った場合においても、前回分割画像を撮像した際のステージ１０２の位置と同じ位置にステージ１０２を移動させるため、サンプル１０１にピントを合わせることができる。

具体的には、上述したステップＳ１０８の処理において、スペクトル信号解析部１１６は、合焦信号解析部１１５が算出した第１の合焦点が真の合焦点か偽の合焦点であるかを判定する。そして、偽の合焦点であると判定した場合には、ステージ１０２を、前ショット目の処理でサンプル１０１の分割画像を撮像した際のステージ１０２の位置と同じ位置に移動させて、サンプル１０１の分割画像を撮像する。従って、コントラストＡＦによって気泡、ゴミ等の混入物、およびしわ等の段差との境界などにピントが合った場合においても、サンプル１０１にピントを合わせることができる。

以下、図５に示した領域Ｂおよび領域Ｃの分割画像を撮像する際の動作を例に具体的な動作手順を説明する。図５に示した領域Ｂには気泡と封入剤との境界が存在しないために、領域Ｂの合焦点を検出する際には、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との処理において、合焦信号解析部１１５は、第１の合焦点として気泡下のサンプル１０１の表面である合焦点を算出する。このとき、前ショット目の合焦点が封入剤下のサンプル１０１の表面である場合には、気泡と封入剤との屈折率の違いによって、気泡下のサンプル１０１の表面からコントラスト検出器１１３までの光学的距離と、封入剤下のサンプル１０１の表面からコントラスト検出器１１３までの光学的距離が異なるため、第１の合焦点が前ショット目の合焦点から大きく移動する。そのため、差分移動量が基準値αより大きいと判定される可能性がある。

しかしながら、仮に差分移動量が基準値αより大きいと判定された場合においても、サンプル１０１の表面にピントが合った場合には、除算スペクトル信号は基準値βよりも大きな値となる。そのため、スペクトル信号解析部１１６は、第１の合焦点を真の合焦点であると判定して正常信号を生成する。従って、撮像システム１は、サンプル１０１の表面にピントを合わせることができる。このことは、領域Ａのように全てが封入剤に覆われている撮像領域についても同様にいえる。

一方、領域Ｃのように、封入剤と気泡に覆われており、封入剤と気泡との境界が存在する撮像領域では、領域Ｃの合焦点を検出する際には、ステップＳ１０３とステップＳ１０４との処理において、合焦信号解析部１１５は、第１の合焦点として気泡と封入剤との境界を合焦点と算出する。そのため、合焦信号解析部１５は、サンプル１０１の表面とは大きく異なる光軸方向の位置を第１の合焦点と算出し、第１の駆動信号を生成する。このとき、サンプル１０１の表面とは大きく異なる点を第１の合焦点と算出したため、ステップＳ１０５の処理では、前ショット目の合焦点からの移動量である差分移動量が基準値αよりも大きいと判定される。

ここで、サンプル１０１の表面にピントが合っていない場合には、除算スペクトル信号が基準値βよりも小さな値となる。そのため、スペクトル信号解析部１１６は、第１の合焦点を偽の合焦点であると判定して異常信号を生成する。そして、ステップＳ１０９およびステップＳ１１１の処理により、演算部１１７は、ステージ１０２の位置を偽の合焦点である第１の合焦点から前ショット目の合焦点の位置に戻すための補正用駆動信号である第２の駆動信号を生成する。そして、ステップＳ１１２の処理により、駆動部１１８は、演算部１１７により生成された第２の駆動信号に基づいてステージ１０２の位置を真の合焦点に近づける。従って、撮像システム１は、封入剤と気泡との境界が存在する領域を撮像する際においても、サンプル１０１の表面にピントを合わせることができる。

上述した実施形態では、気泡が混入したサンプル１０１を例に用いて合焦点を検出する方法について示したが、ゴミ等の混入物や、しわ等の段差があるサンプル１０１に対しても、上述した方法を用いて、合焦点をサンプル１０１の表面とすることが可能である。具体的には、ゴミと封入剤との境界、または段差による境界によって、合焦信号解析部１１５がサンプル１０１の合焦点と大きく異なる光軸方向の位置を第１の合焦点と算出した場合においても、スペクトル信号解析部１１６は、第１の合焦点を偽の合焦点であると判定することができる。そして、演算部１１７は、ステージ１０２の位置を第１の合焦点から前ショット目の合焦点の位置に移動させるための補正用駆動信号である第２の駆動信号を生成する。そして、駆動部１１８は、第２の駆動信号に基づいてステージ１０２の位置を真の合焦点に近づける。従って、本実施形態のように構成された撮像システム１は、気泡、しわ、およびゴミ等の混入物や、段差があるサンプル１０１に対しても、精度良く合焦点を検出することが可能である。

以上、この発明の一実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、本実施形態では、コントラスト検出器１１３は、自装置に入射するサンプル１０１からの光に基づいてコントラストを検出しているが、これに限らない。例えば、コントラスト検出器１１３は、撮像素子１１２が撮像したサンプル１０１の画像を用いて、サンプル１０１の光学像のコントラストを検出するようにしてもよい。すなわち、第３の平面は、撮像素子１の受光面である第１の平面と同一の平面上に存在し、コントラスト検出器１１３は、撮像素子１１２の受光面に入射した光学像のコントラストを検出するようにしてもよい。

また、本実施形態では、透過光源１０３によってサンプル１０１を照射しているが、これに限らない。例えば、落射光源や反射光源によってサンプル１０１を照射する構成としてもよい。この場合、光源によってスペクトル情報も変化するため、サンプル１０１を照射する光源に応じた基準値βおよび測定波長を設定する必要がある。

また、本実施形態では、駆動部１１８がステージ１０２の位置を移動させることにより、サンプル１０１に対する合焦動作を行っているが、これに限らない。例えば、対物レンズ１０５の位置を移動させることにより、サンプル１０１に対する合焦動作を行うようにしてもよい。また、本実施形態では、山登りサーボ方式により第１の合焦点を検出しているが、これに限らない。例えば、光路差方式により第１の合焦点を検出してもよい。また、本実施形態では、合焦信号解析部１１５がコントラスト値を検出しているが、これに限らない。例えば、撮像素子１１２が撮像した撮像画像を、画像処理部１１９が画像処理することによりコントラスト値を検出してもよい。

１・・・撮像システム、１０２・・・ステージ、１０３・・・透過光源、１０４・・・コンデンサレンズ、１０５・・・対物レンズ、１０６・・・第１の結像レンズ、１０７・・・第２の結像レンズ、１０８・・・第３の結像レンズ、１０９・・・第１の光路分割装置、１１０・・・第２の光路分割装置、１１１・・・光学系、１１２・・・撮像素子、１１３・・・コントラスト検出器、１１４・・・スペクトル信号検出器、１１５・・・合焦信号解析部、１１６・・・スペクトル信号解析部、１１７・・・演算部、１１８・・・駆動部、１１９・・・画像処理部、１２０・・・記憶部、２０１〜２０５・・・光電変換素子、２１１〜２１５・・・カラーフィルタ、４０１・・・第１の領域、４０２・・・第２の領域、４０３・・・第３の領域

Claims (5)

1. 観察対象を保持するステージと、
   第１の平面を有し、前記第１の平面に受光された光学像に対応する第１の信号を出力する撮像部と、
   第２の平面を有し、前記第２の平面に受光された光学像のスペクトルに対応する第２の信号を出力するスペクトル信号検出部と、
   第３の平面を有し、前記第３の平面に受光された光学像のコントラストから前記第３の平面と前記観察対象との光学的な距離に対応する第３の信号を出力する合焦信号検出部と、
   前記観察対象の少なくとも一部の領域を含む第１の領域の光学像を前記第１の平面に受光させ、前記第１の領域に含まれる第２の領域の光学像を前記第２の平面に受光させ、前記第２の領域に含まれる第３の領域の光学像を前記第３の平面に受光させる光学系と、
   前記第２の信号に基づいて、前記第１の領域の中に前記第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在するか否かを判定し、前記異常領域が存在すると判定した場合には異常信号を出力する異常検出部と、
   前記第３の信号および前記異常信号に基づいて、少なくとも前記光学系の光軸方向への前記ステージの移動を制御する駆動部と、
   を備えることを特徴とする撮像システム。
2. 前記スペクトル信号検出部は、前記第２の平面に受光された光学像のスペクトルのうち、第１の波長の光のスペクトルに対応する信号と、前記第１の波長とは異なる第２の波長の光のスペクトルに対応する信号とを出力し、
   前記異常検出部は、前記第１の波長の光のスペクトルに対応する信号と、前記第２の波長の光のスペクトルに対応する信号との演算値と、予め定められた基準値とを比較することで、前記第１の領域の中に前記第１の平面との間の光学的な距離が所定の距離以上異なる異常領域が存在するか否かを判定する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
3. 前記第３の信号に基づいて、前記光学系の光軸方向への前記ステージの移動量を算出する算出部
   を備え、
   前記算出部が算出した前記光学系の光軸方向への前記ステージの移動量が所定の量を超え、かつ前記異常検出部が前記異常信号を出力した場合、前記駆動部は、前記光学系の光軸方向の前記ステージの位置が前記観察対象を前回撮像した際の位置と同じ位置となるように前記ステージの移動を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
4. 前記スペクトル信号検出部は複数の画素を有し、前記複数の画素の各々は光電変換素子とカラーフィルタを有し、前記複数の画素が有するカラーフィルタの各々は、互いに異なる特定の波長の光を透過させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。
5. 前記第３の平面は前記第１の平面と同一の平面上に存在し、
   前記合焦信号検出部は、前記撮像部が出力する前記第１の信号に基づいて、前記第３の信号を出力する
   ことを特徴とする請求項１に記載の撮像システム。