JP2013167816A - 撮像装置、撮像制御プログラム及び撮像方法 - Google Patents

Abstract

【課題】撮像所要時間が短く、かつ焦点の合った検体画像の撮像が可能な撮像装置、撮像制御プログラム及び撮像方法を提供すること。
【解決手段】本技術に係る撮像装置は、撮像領域設定部と、合焦位置検出部と、合焦位置決定部と、撮像制御部とを具備する。撮像領域設定部は、検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する。合焦位置検出部は、撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する。合焦位置決定部は、合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する。撮像制御部は、合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる。
【選択図】図１

Description

本技術は、検体を撮像領域毎に撮像して拡大画像を取得する撮像装置、撮像制御プログラム及び撮像方法に関する。

顕微鏡を用いて検体の高倍率画像を撮像する撮像装置において、検体の部分的領域（撮像領域）毎に高倍率画像を撮像し、得られた画像を繋ぎ合わせることによって検体の全領域の高倍率画像を取得する撮像装置がある。例えば、細胞組織スライドを顕微鏡を介して撮像することによってスライドをデジタル画像データとして保存し、病理診断等に供するＤＰＩスキャナーやＤＰＩビューワーが知られている。

このような撮像装置では、一般に被写界深度が非常に狭い（１μｍ程度）ため、厚みのある検体（細胞組織等）のうち焦点状態が最良になる合焦位置で撮像を行う必要がある。しかし、細胞組織等の検体は不規則なうねりを持ってることが多く、最適な合焦位置は撮像領域毎に異なるため、理想的には撮像領域を撮像する毎に、合焦位置を調整することが望ましい。

しかし、ひとつの検体に設定される撮像領域は膨大（数百〜数千）であることが多く、撮像領域毎に検体と顕微鏡光学系の相対位置を調整し、最適な合焦位置を求めることは、多大の時間が必要であることから現実的ではない。このため、検体上で選択された代表点で事前に焦点位置を探索し、その結果から撮像領域毎の合焦位置を推定する撮像方式が用いられる。例えば、特許文献１には、所定間隔の撮像領域について合焦位置を検出し、各撮像領域について合焦位置を推定する「合焦装置」が開示されている。

特開２０１１−２０９５７３号公報

しかしながら、特許文献１に記載のような、検体画像の代表点から合焦位置を推定する撮像方式では、検体の合焦位置が推定の範囲を超える場合もあり、さらには測定装置の熱膨張等によっても合焦位置が変動するおそれがある。即ち、検体画像を複数の撮像領域毎に撮像する撮像装置においては、所要時間の短縮と、良好な（画像全体において焦点が合っている）検体画像の両立が課題となっている。

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、撮像所要時間が短く、かつ焦点の合った検体画像の撮像が可能な撮像装置、撮像制御プログラム及び撮像方法を提供することにある。

以上のような事情に鑑み、本技術の一形態に係る撮像装置は、撮像領域設定部と、合焦位置検出部と、合焦位置決定部と、撮像制御部とを具備する。
上記撮像領域設定部は、検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する。
上記合焦位置検出部は、撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する。
上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する。
上記撮像制御部は、上記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる。

この構成によれば、合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置が、合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置を用いて推定されるため、撮像制御部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域が撮像される際、この推定された合焦位置を用いることができ、撮像領域単位で焦点が合っている検体画像の撮像が可能となる。

上記複数の撮像領域のそれぞれに対して検体の有無を判定する領域判定部をさらに具備し、上記合焦位置検出部は、上記領域判定部によって検体が存在すると判定された撮像領域に対して、合焦位置を検出してもよい。

この構成によれば、検体が存在しない撮像領域、即ち、撮像する必要のない撮像領域については合焦位置の検出が省略されるため、撮像プロセスの所要時間を短縮することが可能となる。

上記合焦位置決定部が合焦位置を検出する撮像領域の順序を決定する撮像順序決定部をさらに具備し、上記撮像順序決定部は、近接する撮像領域を優先する順序としてもよい。

上述のように、合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置は、合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置を用いて推定されるため、推定対象の撮像領域の周囲に合焦位置が検出された撮像領域が多いほうがより正確な推定が可能となる。したがって、撮像順序決定部が、近接する撮像領域を優先する順序を割り当てることにより、推定対象の撮像領域の周囲に合焦位置が検出された撮像領域が存在する可能性が上昇し、推定対象の撮像領域の合焦位置をより正確に推定することが可能となる。

上記撮像順序決定部は、検体の存在割合が高い撮像領域の中で近接する撮像領域を優先し、次に検体の存在割合が低い撮像領域の中で近接する撮像領域を優先する順序としてもよい。

上述のように、推定対象の撮像領域の周囲に合焦位置が検出された撮像領域が多いほうがより正確な推定が可能となるが、検体の存在割合に応じて近接する撮像領域を優先する順序とすることによって、検体の存在割合が高い撮像領域、即ち合焦位置が検出できる可能性が高い撮像領域に対して先行して合焦位置の検出がなされる。このため、合焦位置の推定が必要となる可能性が高い、検体の存在割合が低い撮像領域に対して合焦位置の推定がなされる際、既に合焦位置の検出がなされた検体の存在割合が高い撮像領域の合焦位置を推定に利用することが可能となる。即ち、上述の撮像順序（検体の存在割合に係わらずに近接する撮像領域を優先する順序）と比べてもさらに、推定対象の撮像領域の合焦位置をより正確に推定することが可能となる。

上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出された撮像領域のうち検体が偏在する撮像領域の合焦位置を、偏在方向に隣接した領域において上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定してもよい。

撮像領域において検体が偏在している（均一に分布していない）場合においては、合焦位置が検出されたとしても、検体の偏在に起因して正確な合焦位置が検出されていないおそれがある。したがって、このような場合に、偏在方向に隣接した領域において検出された合焦位置を検体が偏在する撮像領域の合焦位置の推定に利用することによって、検体が偏在する撮像領域の合焦位置をより正確に決定することが可能となる。

上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置と、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部において位相差検出判定可能な面積割合が閾値を超えないときには、合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置を推定された合焦位置としてもよい。

検体と異なる平面に存在する異物（ゴミ等）、あるいは周囲と屈折率と異なる検体（赤血球等）等に起因して特定の撮像領域において検出された合焦位置が周囲の撮像領域において検出された合焦位置と著しく相違する場合がある。この構成によればそのような場合に検出された合焦位置を破棄し、推定された合焦位置を利用することが可能であり、即ち正確な合焦位置の決定が可能である。

上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置の最小二乗近似平面による近似値、または隣接する撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置の平均値としてもよい。

この構成によれば、合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、最小二乗近似平面による近似値を用いて推定することができる。また、合焦位置が検出された撮像領域の数が、最小二乗近似平面を形成するのに不足する場合には、隣接する撮像領域において検出された合焦位置の平均値を利用して、合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を推定することが可能である。

上記合焦位置検出部は、撮像領域の位相差画像からその撮像領域の合焦位置を検出してもよい。

位相差画像では、撮像領域毎に同一の焦点位置で撮像した場合であっても、位相差画像を画像処理することで撮像時の合焦平面に対する凹凸情報が得られるため、その凹凸情報から合焦位置を検出することが可能である。したがって、合焦位置の検出に位相差画像を用いることにより、撮像領域毎に顕微鏡光学系を調整して合焦位置を探索する場合に比べて撮像所要時間の大幅な短縮が可能である。

以上のような事情に鑑み、本技術の一形態に係る撮像制御プログラムは、撮像領域設定部と、合焦位置検出部と、合焦位置決定部と、撮像制御部ととしてコンピュータを機能させる。
上記撮像領域設定部は、検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する。
上記合焦位置検出部は、撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する。
上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する。
上記撮像制御部は、上記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる。

以上のような事情に鑑み、本技術の一形態に係る撮像方法は、撮像領域設定部が、検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する。
合焦位置検出部が、撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する。
合焦位置決定部が、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する。
撮像制御部が、上記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる。

以上のように、本技術によれば、撮像所要時間が短く、かつ焦点の合った検体画像の撮像が可能な撮像装置、撮像制御プログラム及び撮像方法を提供することが可能となる。

本技術の実施形態に係る撮像装置の構成を示す模式図である。 同撮像装置の動作を示すフローチャートである。 同撮像装置によって撮像される低倍率画像の模式図である。 同撮像装置によって撮像される低倍率画像における撮像領域の模式図である。 同撮像装置によって撮像される低倍率画像における撮像領域の模式図である。 同撮像装置の撮像順序決定部による撮像順序を示す模式図である。 位相差画像からの合焦位置の検出原理を示す模式図である。 位相差画像から得られるデフォーカスマップの例である。 位相差画像から得られるデフォーカスプロファイルの例である。 低倍率画像において検体の像が殆含まれない撮像領域を示す模式図である。 本技術の実施形態に係る撮像装置の合焦位置の決定動作を示すフローチャートである。 低倍率画像において検体が偏在している撮像領域を示す模式図である。 低倍率画像における異物を示す模式図である。 異物が存在する場合の、各撮像領域において検出される合焦位置を示すグラフである。 最小二乗近似平面又は平均値による合焦位置の推定を説明するための図である。 本技術の実施形態に係る撮像装置の撮像順序の決定動作を説明する図である。 本技術の実施形態に係る撮像装置の撮像順序の決定動作を説明する図である。 本技術の実施形態に係る撮像装置の撮像順序の決定動作を説明する図である。 撮像領域に赤血球が存在する低倍率画像を示す模式図である。

［撮像装置の構成］
本実施形態に係る撮像装置の構成について説明する。図１は本実施形態に係る撮像装置１００の構成を示す模式図である。同図に示すように、撮像装置１００は、顕微鏡１１０と顕微鏡制御ユニット１３０によって構成されている。顕微鏡１１０の各部は顕微鏡制御ユニット１３０に接続されている。なお、顕微鏡制御ユニット１３０は、顕微鏡１１０に搭載されていてもよく、顕微鏡１１０とは別の情報処理装置等に搭載されていてもよい。

顕微鏡１１０は、顕微鏡制御ユニット１３０による制御を受けて検体の高倍率画像を撮像する。顕微鏡１１０は、高倍率画像に加えて検体の位相差画像を撮像することが可能な顕微鏡である。

顕微鏡１１０は、光源１１１、コンデンサレンズ１１２、ステージ１１３、対物レンズ１１４、ハーフミラー１１５、フィールドレンズ１１６、絞りマスク１１７、セパレータレンズ１１８、撮像素子１１９及び撮像素子１２０を有する。ステージ１１３には、検体が固定されたプレパラートＰが載置されている。なお、顕微鏡１１０の構成は一例であり、ここに示すものと異なる構成とすることも可能である。

光源１１１は、プレパラートＰに照射される照明光を出射する。光源１１１は電球やＬＥＤ（Light Emitting Diode）等とすることができる。光源１１１は、顕微鏡制御ユニット１３０によって発光タイミング等の制御を受ける。コンデンサレンズ１１２は、光源１１１から出射された照明光をプレパラートＰに集光する。

ステージ１１３はプレパラートＰを支持し、顕微鏡制御ユニット１３０による制御を受けてその位置をＸ−Ｙ平面（プレパラートＰに平行な平面）方向及びＺ方向（プレパラートＰに垂直な方向）に移動させる。ステージ１１３はＸ−Ｙ平面方向に移動することによって、顕微鏡光学系（対物レンズ１１４等）の視野範囲を規定し、Ｚ方向に移動することによって顕微鏡光学系の焦点位置を規定するものとすることができる。

対物レンズ１１４は、プレパラートＰを透過した光を所定の拡大倍率で拡大させる。対物レンズ１１４は、拡大倍率が異なる複数のレンズによって構成されるものとしてもよい。

ハーフミラー１１５は、対物レンズ１１４を透過した光の一部を反射し、残りを透過させる。ハーフミラー１１５は、位相差像として撮像される光と、通常の（位相差像ではない）顕微鏡画像として撮像される光を分離するものである。フィールドレンズ１１６は、ハーフミラー１１５によって反射された光を屈折させ、絞りマスク１１７に入射させる。

絞りマスク１１７は、フィールドレンズ１１６から出射される光を分割し、それぞれをセパレータレンズ１１８に入射させる。絞りマスク１１７は、フィールドレンズ１１６の光軸と直交する面内に、その光軸を境界として対象となる位置に光路となる一対の開口が設けられたマスクであるものとすることができる。

セパレータレンズ１１８は一対が配置され、絞りマスクによって分割されたそれぞれの光を撮像素子１１９の受光面に結合させるレンズである。撮像素子１１９は、一対のセパレータレンズ１１８のそれぞれによって結像された光を光電変換し、位相差画像を生成する。撮像素子１１９は、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等とすることができる。撮像素子１１９は、生成した位相差画像を顕微鏡制御ユニット１３０に出力する。

撮像素子１２０は、ハーフミラー１１５を透過した光を光電変換し、検体の画像（高倍率画像）を生成する。撮像素子１２０は、ＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサ等とすることができる。撮像素子１２０は、生成した画像を顕微鏡制御ユニット１３０に出力する。

顕微鏡制御ユニット１３０は、プロセッサやメモリ等のハードウェアと、それに読み込まれるソフトウェアの協働によって実現される。顕微鏡制御ユニット１３０は、顕微鏡１１０から出力される画像を取得するとともに、顕微鏡１１０による画像の撮像を制御する。

顕微鏡制御ユニット１３０は、撮像領域設定部１３１、領域判定部１３２、撮像順序決定部１３３、合焦位置検出部１３４、合焦位置決定部１３５及び撮像制御部１３６を有する。これらはそれぞれが互いに接続されるとともに、撮像領域設定部１３１は撮像素子１２０に、合焦位置検出部１３４は撮像素子１１９に、撮像制御部１３６は顕微鏡１１０の各部（光源１１１、ステージ１１３等）にそれぞれ接続されている。顕微鏡制御ユニット１３０の各部の機能については撮像装置１００の動作の説明と合わせて説明する。

［撮像装置の動作］
撮像装置１００の動作について説明する。図２は、撮像装置１００の動作を示すフローチャートである。

顕微鏡１１０にプレパラートＰがセットされ、ユーザによって撮像開始の操作入力がなされると、撮像プロセスが開始される。

撮像制御部１３６によって、ステージ１１３が制御され、サムネイルカメラによって低倍率画像Ｇが撮像される（Ｓｔ１）。図３は、低倍率画像Ｇの例であり、検体（例えば細胞）Ｓと、検体Ｓが存在しない領域が含まれている。

次に、撮像領域設定部１３１が、低倍率画像Ｇ上に撮像領域Ｒを設定する（Ｓｔ２）。図４は、撮像領域Ｒを示す模式図である。撮像領域Ｒは、低倍率画像Ｇ上に、同一の大きさで複数が配置される仮想的な領域であり、その大きさや数は、低倍率画像Ｇの大きさ（画素数）と目的とする高倍率画像の撮像倍率によって決定される。撮像領域Ｒは、実際には一つの低倍率画像Ｇ上に数百から数千領域が設定される。

続いて、領域判定部１３２が、各撮像領域Ｒ中に検体Ｓの像が含まれるかどうかを判定する（Ｓｔ３）。以下の説明において、検体Ｓの像が含まれると判定された撮像領域Ｒを撮像領域Ｔとする。図５は、撮像領域Ｔ（網掛けの領域）を示す模式図である。領域判定部１３２は、任意の画像処理によって判定をすることができる。例えば、領域判定部１３２は、各撮像領域Ｒについて輝度値の総和が閾値を超えない場合には、検体Ｓが存在する撮像領域Ｔであるものとすることができる。

続いて、撮像順序決定部１３３が、撮像領域Ｔにおいて撮像する順序を決定する（Ｓｔ４）。図６は撮像順序決定部１３３が決定した撮像順序を示す模式図である。撮像順序決定部１３３による撮像順序の決定動作については後述するが、撮像順序決定部１３３は近接する撮像領域Ｔを優先する順序、あるいは検体Ｓの存在割合に応じて近接する撮像領域Ｔを優先する順序とすることができる。ここでは、撮像順序決定部１３３によって図６に示す撮像順序が決定されたものとして説明する。

次に、撮像制御部１３６によってステージ１１３等が制御され、顕微鏡１１０の視野が撮像領域Ｔに一致するように移動される（Ｓｔ５）。いずれの撮像領域Ｔに移動されるかは、上記撮像順序決定部１３３によって決定された順序に従う。

続いて、顕微鏡１１０の視野内の撮像領域Ｔの位相差画像が撮像される（Ｓｔ６）。撮像制御部１３６によって光源１１１等が制御され、撮像素子１１９によって位相差画像が撮像される。撮像された位相差画像は、合焦位置検出部１３４に供給される。

次に、合焦位置検出部１３４が、顕微鏡１１０の視野内の撮像領域Ｔについて合焦位置を検出する（Ｓｔ７）。合焦位置は、撮像領域Ｔに含まれる検体Ｓの像に、最も顕微鏡１１０の焦点が合うときの、顕微鏡光学系とプレパラートＰの相対位置（距離）である。合焦位置検出部１３４は、撮像領域Ｔの位相差画像から合焦位置を検出することができる。図７は、位相差画像からの合焦位置の検出原理を示す模式図である。

同図に示すように、合焦位置検出部１３４は、基準画像の全ピクセルに対して、各注目ピクセル周辺の検波窓内画像に相当する画像の中心となる対応ピクセル座標のサブピクセルレベルで検出する。次に、合焦位置検出部１３４は、各注目ピクセルと対応ピクセルの距離Ｄを算出し、defocus＝ｋ（Ｄ−Ｄ_０）として当該撮像領域Ｔのデフォーカスマップを生成する（ｋ：デフォーカス／ピクセル計数［μｍ／pixel］、Ｄ_０：合焦時基準位相差［pixel]）。

図８は、デフォーカスマップの例である。同図に示すようにデフォーカスマップは、当該撮像領域Ｔに含まれる各位置の凹凸情報が、位相差画像撮像時の合焦位置に対してのプラスあるいはマイナスによって示されたものである。図９は、図８に示すデフォーカスマップをデフォーカスプロファイルとして示したものであり、デフォーカス量（凹凸量）に対する頻度（ピクセル数）が示されている。図９に示すデフォーカスプロファイルでは、ピークが０．２μｍの位置にあり、即ち、位相差画像撮像時の焦点位置から０．２μｍ接近することにより、最も広い検体組織が合焦する焦点位置となることが示されている。

合焦位置検出部１３４は、このように、位相差画像の位相差を用いて撮像領域Ｔ毎に最も焦点が合う合焦位置を求めることができる。また、合焦位置検出部１３４は、位相差画像のコントラストを用いて合焦位置を求めることも可能である。位相差画像では、撮像領域Ｔ毎に同一の焦点位置で撮像した場合であっても、位相差画像を画像処理することにより撮像時の合焦平面に対する凹凸情報が得られるため、その凹凸情報から合焦位置を検出することが可能である。したがって、合焦位置の検出に位相差画像を用いることにより、撮像領域Ｔ毎に顕微鏡光学系を調整して合焦位置を探索する場合に比べて撮像所要時間の大幅な短縮が可能である。

ここで、合焦位置検出部１３４が有効な合焦位置を求めることができるのは、その撮像領域Ｔ内に十分な凹凸情報（即ち検体Ｓの像）がある場合に限られる。例えば、図１０に太枠で示した撮像領域Ｔのように、撮像領域Ｔ内に検体Ｓの像がほとんど含まれない撮像領域Ｔについては、プロファイルとなる合焦ピクセル数が少ないため、有効な合焦位置を求めることができない。合焦位置検出部１３４は、検出された合焦位置（検出できなかった場合も含む）を合焦位置決定部１３５に供給する。

合焦位置決定部１３５は、合焦位置検出部１３４によって検出された合焦位置に基づいて、高倍率画像の撮像に利用する合焦位置を決定する（Ｓｔ８）。詳細は後述するが、合焦位置決定部１３５は、合焦位置検出部１３４によって有効な合焦位置が検出されなかった場合、又は有効な合焦位置が検出されたが一定の場合には、周囲の撮像領域Ｔにおいて検出された合焦位置を用いて合焦位置の推定を実施する。一方、合焦位置決定部１３５は、合焦位置検出部１３４によって検出された合焦位置が妥当な場合には、その合焦位置に決定する。合焦位置決定部１３５は、決定した合焦位置を撮像制御部１３６に供給する。

撮像制御部１３６は、合焦位置検出部１３４によって決定された合焦位置を用いて、高倍率画像を撮像させる（ｓｔ９）。具体的には、撮像制御部１３６は、決定された合焦位置に一致するようにステージ１１３等を制御する。その後に撮像制御部１３６は、光源１１１等を制御し、撮像素子１２０に撮像領域Ｔの画像を撮像させる。

ひとつの撮像領域Ｔに対して高倍率画像が撮像されると（Ｓｔ１０：Ｎｏ）、撮像順序決定部１３３によって決定された順序に従って、次の撮像領域Ｔに顕微鏡１１０の視野が移動され（Ｓｔ５）、位相差画像の撮像（Ｓｔ６）等が繰返される。低倍率画像Ｇ内の全ての撮像領域Ｔに対して高倍率画像の撮像が完了すると（Ｓｔ１０：Ｙｅｓ）、撮像プロセスが終了する。撮像された各撮像領域Ｔ毎の高倍率画像はスティッチングにより一枚の高倍率画像に結合され、ストレージ等に保存される。

以上のようにして、プレパラートＰ上の検体Ｓの高倍率画像が撮像される。上記撮像プロセスにおいては、領域判定部１３２によって、低倍率画像Ｇにおいて検体Ｓが含まれない撮像領域Ｔについては、視野の移動（Ｓｔ５）や位相差画像撮像（Ｓｔ６）以下のプロセスが実行されない。これにより、プレパラートＰにおいて検体Ｓが存在しない、不要な領域についてのこれらの撮像プロセスを省略することが可能である。

また、合焦位置検出部１３４によって、各撮像領域Ｔ毎に位相差画像を利用した合焦位置の検出が実行され、高倍率画像の撮像に利用されるため、撮像領域Ｔ単位で正確な合焦位置による高倍率画像の撮像が可能である。

［合焦位置決定部による合焦位置の決定］
合焦位置決定部１３５による合焦位置の決定動作について説明する。図１１は、合焦位置決定部１３５による合焦位置の決定動作を示すフローチャートである。

同図に示すように、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出（Ｓｔ７）されると、検出された合焦位置が合焦位置決定部１３５に供給される。また、合焦位置検出部１３４によって有効な合焦位置が検出されなかった場合も、その旨が合焦位置決定部１３５に供給される。

合焦位置決定部１３５は、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出された場合（Ｓｔ８１：Ｙｅｓ）、検体Ｓの像が撮像領域Ｔにおいて偏在しているかどうかを確認する（Ｓｔ８２）。図１２は、ひとつの撮像領域Ｔにおいて検体Ｓの像が偏在している例を示す模式図である。

図１２に示す撮像領域Ｔ（太枠）においては、検体Ｓの像が撮像領域Ｔの上半分にのみ存在している。このような場合、合焦位置検出部１３４によって当該撮像領域Ｔの位相差画像から検出される合焦位置は、検体Ｓの像が偏在していない場合に比べてデフォーカスプロファイルのサンプル数が少ないために精度が低いものとなる。また、検体Ｓの周縁部においては検体Ｓがめくれていることも考えられる。

したがって、このような検体Ｓの像が偏在している撮像領域Ｔから検出される合焦位置は、隣接する検体Ｓの像が偏在していない撮像領域Ｔから検出される合焦位置との整合性が小さい。このような場合、撮像された高倍率画像においては撮像領域Ｔ間の継ぎ目が目立つおそれがある。

これに対して合焦位置決定部１３５は、検体Ｓの像が撮像領域Ｔにおいて偏在していることを検出し、かつ、当該撮像領域Ｔに隣接する撮像領域Ｔのうち検体Ｓの像が偏在している方向の撮像領域Ｔ（図１２中「Valid」）において合焦位置が検出されている場合（Ｓｔ８２：Ｙｅｓ）には、偏在している撮像領域Ｔから検出された合焦位置を破棄し、検体Ｓの像が偏在している方向に隣接する撮像領域Ｔにおいて検出された合焦位置を採用する（Ｓｔ８３）。このようにすることにより、検体Ｓの像が偏在している撮像領域Ｔにおける合焦位置の精度を確保し、隣接する撮像領域Ｔとの合焦位置の相違も解消することが可能となる。

一方、合焦位置決定部１３５は、撮像領域Ｔにおいて検体Ｓが偏在していない場合、または検体Ｓが偏在しているが、検体Ｓの像が偏在している方向に隣接する撮像領域Ｔにおいて合焦位置が検出されていない場合（Ｓｔ８２：Ｎｏ）には、検出値の信頼性が十分であるかを確認する（Ｓｔ８４）。

合焦位置決定部１３５は、決定対象の撮像領域Ｔにおいて位相差検出判定可能な面積割合が閾値を超えない場合（Ｓｔ８４：Ｙｅｓ）には、検出された合焦位置を採用しないものとすることができる。一方、合焦位置決定部１３５は、決定対象の撮像領域Ｔにおいて位相差検出判定可能な面積割合が閾値を超える場合（Ｓｔ８４：Ｎｏ）には、決定対象の撮像領域Ｔにおいて検出された合焦位置を採用する（Ｓｔ８５）ものとすることができる。

続いて、合焦位置決定部１３５は、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出されなかった場合（Ｓｔ８１：Ｎｏ）、または決定対象の撮像領域Ｔの周囲の撮像領域Ｔから推定された合焦位置と、決定対象の撮像領域Ｔにおいて位相差検出判定可能な面積割合が閾値を超えない場合（Ｓｔ８４：Ｙｅｓ）には、最小二乗近似平面を利用した合焦位置の推定が可能であるかを確認する（Ｓｔ８６）。

合焦位置決定部１３５は、決定対象の撮像領域Ｔの周囲に、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出された撮像領域Ｔが同一直線上ではない３領域以上ある場合（Ｓｔ８６：Ｙｅｓ）には、最小二乗近似平面を利用した合焦位置の推定（Ｓｔ８７）が可能である。一方、決定対象の撮像領域Ｔの周囲において、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出された撮像領域Ｔが３領域未満である場合（Ｓｔ８６：Ｎｏ）には、平均値を利用した合焦位置の推定が可能であるかを確認する（Ｓｔ８８）。

合焦位置決定部１３５は、決定対象の撮像領域Ｔの周囲に、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出された撮像領域Ｔが１領域以上ある場合（Ｓｔ８８：Ｙｅｓ）には、平均値を利用した合焦位置の推定（Ｓｔ８９）が可能である。一方、決定対象の撮像領域Ｔの周囲において、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出された撮像領域Ｔが１領域もない場合（Ｓｔ８９：Ｎｏ）には、合焦位置の推定がなされない（Ｓｔ９０）。

図１５は、最小二乗近似平面又は平均値による合焦位置の推定を説明するための図である。同図において撮像順序を矢印で示す。図１５（ａ）及び図１５（ｂ）において、合焦位置が検出された撮像領域Ｔには検出された合焦位置の数値例を示し、有効な合焦位置が検出されなかった撮像領域には「invalid」と示す。

合焦位置決定部１３５が、推定対象の撮像領域Ｔ（図中斜線）の合焦位置を推定する際、図１５（ａ）に示すように、推定対称の撮像領域ＴのＸ、Ｙ方向に合焦位置が検出された撮像領域Ｔが同一直線上ではない３領域以上である場合には、最小二乗近似平面を用いて推定対象の撮像領域Ｔの合焦位置を推定することができる。

具体的には、求める近似平面をｚ＝ａｘ＋ｂｙ＋ｃとし、ＸＹを推定対象の撮像領域Ｔを（０、０）とした撮像領域Ｔのインデックスとし、各インデックス位置での合焦位置をＺｎとする。さらに推定対象の撮像領域Ｔに隣接する、合焦位置が検出された撮像領域Ｔの数をｎとすると、推定対象の撮像領域Ｔの合焦位置Ｚ_０は以下の式を用いて推定することができる。

Ｎ≧３でかつＸＹ平面上で直交する配置にある場合、
Z₀ = aveZ - a x aveX - b x aveY
a = (SySxz - SxySyz) / (SxSy - Sxy²)
b = (SxSyz - SxySxz) / (SxSy - Sxy²)
Sx = (1/N)Σ(xn-aveX)²
Sy = (1/N)Σ(yn-aveY)²
Sxy = (1/N)Σ(x-aveX)(y-aveY)
aveX, aveY, aveZ：合焦位置が検出された撮像領域Ｔのインデックス及びZ位置の平均値

一方、図１５（ｂ）に示すように、推定対称の撮像領域ＴのＸ、Ｙ方向に合焦位置が検出された対象領域Ｔが同一直線上の３領域以上であるもしくは２領域以下である場合には、最小二乗近似平面が形成できないので、推定対象の撮像領域Ｔの合焦位置は、隣接する対象領域Ｔの合焦位置の平均値とすることができる。

以上のようにして、合焦位置決定部１３５は、合焦位置検出部１３４によって合焦位置が検出されなかった推定対象の撮像領域Ｔの合焦位置を、周囲の合焦位置が検出された撮像領域Ｔの合焦位置を用いて推定することが可能である。

以上のようにして、合焦位置決定部１３５は、決定対象の撮像領域Ｔについて合焦位置検出部１３４によって検出された合焦位置又は、決定対象の撮像領域Ｔの周囲に位置する撮像領域Ｔの合焦位置から推定された合焦位置を、決定対象の撮像領域Ｔの合焦位置として決定する。

図１３は、合焦位置の決定対象の撮像領域Ｔ（太枠）の周囲の撮像領域Ｔに異物が存在する例を示す模式図である。同図に示すように、カバーガラス上等、検体Ｓと焦点方向に離間した位置に異物（ゴミ等）が存在し、かつその撮像領域Ｔに検体Ｓの像が含まれない場合、その撮像領域Ｔにおいては、その異物に焦点が合う場合がある。

図１４は、図１３において破線で示した撮像領域Ｔ群の各撮像領域Ｔの合焦位置を示すグラフである。同図に示すように、幾つかの撮像領域Ｔにおいては、カバーガラス上の異物に焦点が合ったことによって、本来の合焦位置とはカバーガラスの厚みに相当する距離の分離間している。このような場合において、合焦位置の検出ができなかった撮像領域Ｔの合焦位置の推定に、異物が含まれる撮像領域Ｔの合焦位置を用いると、本来の合焦位置とは相違する合焦位置が推定されてしまうおそれがある。その為、決定対象の撮像領域Ｔの周囲に位置する撮像領域Ｔの合焦位置から推定を行う場合（Ｓｔ８６、Ｓｔ８８）、決定対象の撮像領域Ｔの周囲に位置する撮像領域Ｔの合焦位置の分散が閾値を上回る場合、上位側に偏った異物起因の検出要素を推定上方から除外したのち、合焦位置の推定を行うことで、異物の影響を排除することが可能となる。

また、図１９に示すように、撮像領域Ｔに赤血球が含まれる場合には、赤血球の屈折率は他の細胞と著しく異なることにより、当該撮像領域Ｔの合焦位置が周囲の撮像領域Ｔと大きく異なる場合がある。このような場合、図１１のＳｔ８４経てＳｔ８５の判定がなされる結果、撮像領域Ｔの矩形領域が周辺と著しく異なった焦点状態になる。そこで、Ｓｔ８４の判定において、検出値の信頼性が十分である場合であっても、Ｓｔ８６及びＳｔ８８にとる合焦位置の推定を行い、推定位置が検出位置と大きく異なる場合（閾値を超える場合／合焦面が著しく不連続な段差を形成する場合）、推定位置を採用することで、焦点状態の周辺タイルとの不連続性を緩和することができる。

［撮像順序決定部による撮像順序の決定］
撮像順序決定部１３３による撮像順序の決定動作について説明する。上述のように、撮像順序決定部１３３は、領域判定部１３２によって検体Ｓが存在すると判定された撮像領域Ｔについて、位相差画像及び高倍率画像の撮像順序を決定する。ここで、撮像順序決定部１３３は、近接する撮像領域Ｔを優先する順序、あるいは検体Ｓの存在割合に応じて近接する撮像領域Ｔを優先する順序とすることができる。

まず、撮像順序決定部１３３が近接する撮像領域Ｔを優先する順序とする場合について説明する。上述の図６に示す撮像順序は、この場合の撮像順序を示すものである。撮像順序決定部１３３は、次のようなルールにしたがって近接する撮像領域Ｔを優先する順序を割り当てることができる。

撮像順序決定部１３３は、最も左上に位置する撮像領域Ｔから、隣接する撮像領域Ｔのうち、左、下、右、上の優先順位、隣接する撮像領域Ｔが存在しない場合には、角が接する左下、右下、右上、左上の優先順位で次の撮像領域Ｔに移動させる順序とする。隣接あるいは角が接する撮像領域が存在しない場合には、最も接近する撮像領域Ｔに移動させる順序とする。撮像順序決定部１３３は全ての撮像領域Ｔに順序を決定するまで、これを繰返す。

撮像順序決定部１３３が近接する撮像領域Ｔを優先する順序とすることによって、ひとつの撮像領域Ｔの周囲に、既に合焦位置が検出された撮像領域Ｔが存在する可能性が高まる。上述のように、合焦位置決定部１３５が、合焦位置検出部１３４により合焦位置が検出されなかった撮像領域Ｔに対して合焦位置を推定する際、推定対象の撮像領域Ｔの周囲に合焦位置が検出された撮像領域Ｔが多いほうがより正確な推定が可能となる。したがって、撮像順序決定部１３３がこの順序とすることにより、推定対象の撮像領域Ｔの周囲に合焦位置が検出された撮像領域Ｔが存在する可能性が上昇し、推定対象の撮像領域Ｔの合焦位置をより正確に推定することが可能となる。

また、撮像順序決定部１３３は、検体Ｓの存在割合に応じて近接する撮像領域Ｔを優先する順序とすることも可能である。図１６乃至図１８は、撮像順序決定部１３３による撮像順序の決定動作を説明する図である。

撮像順序決定部１３３はまず、図１６に示すように、撮像領域Ｔを検体Ｓの存在割合が高い撮像領域Ｔ１と検体Ｓの存在割合が低い撮像領域Ｔ２に分ける。撮像順序決定部１３３は、例えば、撮像領域Ｔ毎の輝度値を用いて撮像領域Ｔ１と撮像領域Ｔ２に分けることができる。また、ここでは、撮像順序決定部１３３は撮像領域Ｔ１と撮像領域Ｔ２の２段階に撮像領域Ｔを分けているが、検体Ｓの存在割合に応じて３段階以上に分けてもよい。

次に、撮像順序決定部１３３は、図１７に示すように検体Ｓの存在割合が高い撮像領域Ｔ１に対してのみ、上述の近接する撮像領域Ｔを優先する順序を割り当てる。即ち撮像順序決定部１３３は、最も左上に位置する撮像領域Ｔ１から、隣接する撮像領域Ｔ１のうち、左、下、右、上の優先順位、隣接する撮像領域Ｔ１が存在しない場合には、角が接する左下、右下、右上、左上の優先順位で次の撮像領域Ｔ１に移動させる順序とする。隣接あるいは角が接する撮像領域が存在しない場合には、最も接近する撮像領域Ｔ１に移動させる順序とする。撮像順序決定部１３３は全ての撮像領域Ｔ１に順序を決定するまで、これを繰返す。

続いて、撮像順序決定部１３３は、図１８に示すように検体Ｓの存在割合が低い撮像領域Ｔ２に対してのみ、上述の近接する撮像領域Ｔを優先する順序を割り当てる。即ち撮像順序決定部１３３は、最も左上に位置する撮像領域Ｔ２から、隣接する撮像領域Ｔ２のうち、左、下、右、上の優先順位、隣接する撮像領域Ｔ２が存在しない場合には、角が接する左下、右下、右上、左上の優先順位で次の撮像領域Ｔ２に移動させる順序とする。隣接あるいは角が接する撮像領域が存在しない場合には、最も接近する撮像領域Ｔ２に移動させる順序とする。撮像順序決定部１３３は全ての撮像領域Ｔ２に順序を決定するまで、これを繰返す。

撮像順序決定部１３３が検体Ｓの存在割合に応じて近接する撮像領域Ｔを優先する順序とすることによって、検体Ｓの存在割合が高い撮像領域Ｔ、即ち合焦位置が検出できる可能性が高い撮像領域Ｔに対して先行して合焦位置検出部１３４による合焦位置の検出がなされる。このため、合焦位置の推定が必要となる可能性が高い、検体Ｓの存在割合が低い撮像領域Ｔにおいて、合焦位置検出部１３４による合焦位置の推定がなされる際、既に合焦位置の検出がなされた検体Ｓの存在割合が高い撮像領域Ｔの合焦位置を推定に利用することが可能となる。したがって、撮像順序決定部１３３がこの順序とすることにより、検体Ｓの存在割合に係わらずに近接する撮像領域Ｔを優先する順序と比べてさらに、推定対象の撮像領域Ｔの合焦位置をより正確に推定することが可能となる。

以上のように、本実施形態においては、低倍率画像に設定された各撮像領域に対して合焦位置の検出が実行され、高倍率画像の撮像の際に撮像領域毎に合焦位置が調整されるため、画像全体において焦点が合った高倍率画像の取得が可能である。一方で、合焦位置の検出に位相差画像を用いることにより、撮像領域毎に顕微鏡光学系を調整して合焦位置を探索する場合に比べて撮像所要時間の大幅な短縮が可能となっている。

また、合焦位置が検出されなかった撮像領域が存在する場合には、あるいは合焦位置が検出されたが所定の場合には、その周囲に位置する撮像領域において検出された合焦位置を用いて当該撮像領域の合焦位置が決定されるため、合焦位置が取得できない撮像領域の発生が防止されている。

さらに、撮像領域の撮像順序を、合焦位置の検出が可能である可能性が高い（検体が多く含まれる）撮像領域を優先する順序とすることにより、合焦位置の推定が実効される際に推定対称の撮像領域の周囲に合焦位置が検出された撮像領域が存在する確率を上昇させ、推定される合焦位置の正確性を向上させることが可能となっている。加えて、撮像領域において検体が偏在している撮像領域や、異物等の存在により周囲に比べて合焦位置が著しく異なる撮像領域についても、検出された撮像領域の替わりに周囲の撮像領域の合焦位置が参照され、合焦位置を正確なものとすることが可能となっている。

本技術は、上記各実施形態にのみ限定されるものではなく、本技術の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。

なお、本技術は以下のような構成も採ることができる。

（１）
検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する撮像領域設定部と、
撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する合焦位置検出部と、
上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する合焦位置決定部と、
上記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる撮像制御部と
を具備する撮像装置。

（２）
上記（１）に記載の撮像装置であって、
上記複数の撮像領域のそれぞれに対して検体の有無を判定する領域判定部をさらに具備し、
上記合焦位置検出部は、上記領域判定部によって検体が存在すると判定された撮像領域に対して、合焦位置を検出する
撮像装置。

（３）
上記（１）又は（２）に記載の撮像装置であって、
上記合焦位置決定部が合焦位置を検出する撮像領域の順序を決定する撮像順序決定部をさらに具備し、
上記撮像順序決定部は、近接する撮像領域を優先する順序とする
撮像装置。

（４）
上記（１）から（３）のいずれかひとつに記載の撮像装置であって、
上記撮像順序決定部は、検体の存在割合が高い撮像領域の中で近接する撮像領域を優先し、次に検体の存在割合が低い撮像領域の中で近接する撮像領域を優先する順序とする
撮像装置。

（５）
上記（１）から（４）のいずれかひとつに記載の撮像装置であって、
上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出された撮像領域のうち検体が偏在する撮像領域の合焦位置を、偏在方向に隣接した領域において上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する
撮像装置。

（６）
上記（１）から（５）のいずれかひとつに記載の撮像装置であって、
上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出された撮像領域において位相差検出判定可能な面積割合が閾値を超えないときには、合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置を推定された合焦位置とする
撮像装置。

（７）
上記（１）から（６）のいずれかひとつに記載の撮像装置であって、
上記合焦位置決定部は、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置の最小二乗近似平面による近似値、または隣接する撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置の平均値とする
撮像装置。

（８）
上記（１）から（７）のいずれかひとつに記載の撮像装置であって、
上記合焦位置検出部は、撮像領域の位相差画像からその撮像領域の合焦位置を検出する
撮像装置。

（９）
検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する撮像領域設定部と、
撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する合焦位置検出部と、
上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する合焦位置決定部と、
上記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる撮像制御部と
としてコンピュータを機能させる撮像制御プログラム。

（１０）
撮像領域設定部が、検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定し、
合焦位置検出部が、撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出し、
合焦位置決定部が、上記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して上記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定し、
撮像制御部が、上記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる
撮像方法。

１００…撮像装置
１３１…撮像領域設定部
１３２…領域判定部
１３３…撮像順序決定部
１３４…合焦位置検出部
１３５…合焦位置決定部
１３６…撮像制御部

Claims (10)

1. 検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する撮像領域設定部と、
   撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する合焦位置検出部と、
   前記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して前記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する合焦位置決定部と、
   前記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる撮像制御部と
   を具備する撮像装置。
2. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記複数の撮像領域のそれぞれに対して検体の有無を判定する領域判定部をさらに具備し、
   前記合焦位置検出部は、前記領域判定部によって検体が存在すると判定された撮像領域に対して、合焦位置を検出する
   撮像装置。
3. 請求項２に記載の撮像装置であって、
   前記合焦位置決定部が合焦位置を検出する撮像領域の順序を決定する撮像順序決定部をさらに具備し、
   前記撮像順序決定部は、近接する撮像領域を優先する順序とする
   撮像装置。
4. 請求項３に記載の撮像装置であって、
   前記撮像順序決定部は、検体の存在割合が高い撮像領域の中で近接する撮像領域を優先し、次に検体の存在割合が低い撮像領域の中で近接する撮像領域を優先する順序とする
   撮像装置。
5. 請求項２に記載の撮像装置であって、
   前記合焦位置決定部は、前記合焦位置検出部によって合焦位置が検出された撮像領域のうち検体が偏在する撮像領域の合焦位置を、偏在方向に隣接した領域において前記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する
   撮像装置。
6. 請求項２に記載の撮像装置であって、
   前記合焦位置決定部は、前記合焦位置検出部によって合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置と、周囲の撮像領域に対して前記合焦位置検出部において位相差検出判定可能な面積割合が閾値を超えないときには、合焦位置が検出された撮像領域の合焦位置を推定された合焦位置とする
   撮像装置。
7. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記合焦位置決定部は、前記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して前記合焦位置検出部によって検出された合焦位置の最小二乗近似平面による近似値、または隣接する撮像領域に対して前記合焦位置検出部によって検出された合焦位置の平均値とする
   撮像装置。
8. 請求項１に記載の撮像装置であって、
   前記合焦位置検出部は、撮像領域の位相差画像からその撮像領域の合焦位置を検出する
   撮像装置。
9. 検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定する撮像領域設定部と、
   撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出する合焦位置検出部と、
   前記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して前記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定する合焦位置決定部と、
   前記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる撮像制御部と
   としてコンピュータを機能させる撮像制御プログラム。
10. 撮像領域設定部が、検体を含む撮像範囲に複数の撮像領域を設定し、
    合焦位置検出部が、撮像領域のそれぞれに対して、合焦位置を検出し、
    合焦位置決定部が、前記合焦位置検出部によって合焦位置が検出されなかった撮像領域の合焦位置を、周囲の撮像領域に対して前記合焦位置検出部によって検出された合焦位置を用いて推定し、
    撮像制御部が、前記合焦位置決定部によって決定された合焦位置を利用して、撮像領域を撮像させる
    撮像方法。