JP5019279B2 - Confocal microscope and method for generating focused color image - Google Patents

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本発明は、試料の合焦カラー画像を取得可能な共焦点顕微鏡及び該共焦点顕微鏡における合焦カラー画像の生成方法に関するものである。   The present invention relates to a confocal microscope capable of acquiring a focused color image of a sample, and a method for generating a focused color image in the confocal microscope.

従来、共焦点顕微鏡として、点光源からの光を対物レンズにより標本上に集光させ、その集光点をスキャナを用いて光学的に二次元走査し、標本からの光を対物レンズを通して光検出器で検出することで二次元の画像情報を得るようにした共焦点走査型顕微鏡が知られている。   Conventionally, as a confocal microscope, light from a point light source is focused on a sample by an objective lens, the focused point is optically two-dimensionally scanned using a scanner, and light from the sample is detected through the objective lens. A confocal scanning microscope is known in which two-dimensional image information is obtained by detecting with a scanner.

図7は、このような共焦点走査型顕微鏡の一例の概略構成を示すもので、光源101から出射した光束は、ビームスプリッタ102を透過した後、ミラー105を介して二次元走査機構103に入射する。二次元走査機構103は、光束を二次元的に走査して出力する。二次元的に走査された光束は、複数のレンズ104を介して対物レンズ106に導かれる。対物レンズ106へ入射した光束は、収束光になって射出し、試料107の面上を走査する。試料107の表面で反射した光は、再び対物レンズ106から二次元走査機構103、ミラー105を介してビームスプリッタ102に導入され、このビームスプリッタ102で反射し結像レンズ108によってピンホール109上に集光する。この場合、対物レンズ106による集光位置は、ピンホール109と光学的に共役な位置にあるため、試料107面上に焦点が合っている試料107面からの光はピンホール109を通過し、焦点ずれがある試料107面からの光はピンホール109をほとんど通過しない。これにより、ピンホール109を通過した光だけが光検出器110によって検出され、この検出光の強度に応じた信号がコンピュータ111に出力される。この場合、試料107は、Z軸方向に移動可能なZステージ112上に載置されており、このZステージ112によって光軸方向(Z方向)に移動可能となっている。また、二次元走査機構103、Zステージ112及び光検出器110は、コンピュータ111によって制御されている。   FIG. 7 shows a schematic configuration of an example of such a confocal scanning microscope. A light beam emitted from a light source 101 is transmitted through a beam splitter 102 and then enters a two-dimensional scanning mechanism 103 via a mirror 105. To do. The two-dimensional scanning mechanism 103 scans and outputs a light beam two-dimensionally. The light beam scanned two-dimensionally is guided to the objective lens 106 through the plurality of lenses 104. The light beam incident on the objective lens 106 is emitted as convergent light, and scans the surface of the sample 107. The light reflected from the surface of the sample 107 is again introduced from the objective lens 106 to the beam splitter 102 via the two-dimensional scanning mechanism 103 and the mirror 105, reflected by the beam splitter 102, and formed on the pinhole 109 by the imaging lens 108. Condensate. In this case, since the condensing position by the objective lens 106 is in an optically conjugate position with the pinhole 109, the light from the surface of the sample 107 focused on the surface of the sample 107 passes through the pinhole 109, Light from the sample 107 surface with defocusing hardly passes through the pinhole 109. As a result, only the light passing through the pinhole 109 is detected by the photodetector 110, and a signal corresponding to the intensity of the detected light is output to the computer 111. In this case, the sample 107 is placed on a Z stage 112 that can move in the Z-axis direction, and the Z stage 112 can move in the optical axis direction (Z direction). Further, the two-dimensional scanning mechanism 103, the Z stage 112, and the photodetector 110 are controlled by a computer 111.

これにより、二次元走査機構103によって試料107面上の集光点を二次元走査し、光検出器110からの出力を二次元走査機構103による走査に同期して画像化すれば、試料107のある特定の高さのみが画像化され、試料107を光学的にスライスした画像(共焦点画像)が得られる。また、この状態から、Zステージ112により試料107を光軸方向(Z方向)に移動させ、各位置において二次元走査機構103によって走査して共焦点画像を取得し、試料107面上の各点で光検出器110の出力が最大になるZステージ112の位置を検出することにより試料107の高さ情報も得られる。このようにして得られた試料107の表面形状は、色情報が含まれない三次元画像として表示される。   Accordingly, if the two-dimensional scanning mechanism 103 two-dimensionally scans the focal point on the surface of the sample 107 and images the output from the photodetector 110 in synchronization with the scanning by the two-dimensional scanning mechanism 103, Only a specific height is imaged, and an image (confocal image) obtained by optically slicing the sample 107 is obtained. Also, from this state, the sample 107 is moved in the optical axis direction (Z direction) by the Z stage 112 and scanned at each position by the two-dimensional scanning mechanism 103 to obtain a confocal image. Thus, by detecting the position of the Z stage 112 at which the output of the photodetector 110 is maximized, the height information of the sample 107 can also be obtained. The surface shape of the sample 107 obtained in this way is displayed as a three-dimensional image that does not include color information.

ところで、試料を詳細に観察するには、試料の色情報も重要であることが知られている。このため、従来、試料の色情報も取得可能にした共焦点走査型顕微鏡が考えられている。例えば、特許文献1には、レーザ光により二次元画像を取得する共焦点光学系と白色光により二次元画像を取得する非共焦点光学系を備え、レーザ光を用いて共焦点光学系の受光素子から得られる輝度情報と、白色光を用いて非共焦点光学系の撮像素子(CCD)から得られる色情報とからカラー共焦点画像を作成するものが開示されている。   By the way, it is known that the color information of the sample is also important for observing the sample in detail. For this reason, a confocal scanning microscope that can acquire color information of a sample has been conventionally considered. For example, Patent Document 1 includes a confocal optical system that acquires a two-dimensional image using laser light and a non-confocal optical system that acquires a two-dimensional image using white light, and receives the confocal optical system using laser light. An apparatus for creating a color confocal image from luminance information obtained from an element and color information obtained from an imaging element (CCD) of a non-confocal optical system using white light is disclosed.

しかしながら、特許文献1のものは、二次元画像を取得する試料107上のすべての高さ位置において、レーザ光を駆動するレーザ駆動回路と撮像素子(CCD)を駆動するCCD駆動回路とを交互に駆動し、しかも各高さ位置での撮像素子(CCD)による撮像の度にレーザ駆動を停止させるか、またはシャッタ等の遮光手段によりレーザ光を遮光する必要がある。このため光軸方向の撮像枚数が多くなるとともに、撮像動作が煩雑になるという問題を生じる。また、取得されるカラー画像は、各画素ごとに、共焦点光学系からの輝度情報を取得した位置の非共焦点光学系からの色惰報を用いて作成されているが、これら共焦点光学系と非共焦点光学系の色収差の違いによりピントが合う位置がずれている可能性がある。特に、レンズ倍率が高い場合、焦点深度が小さくなるため、各光学系のピントずれの結果に対する影響が無視できないものとなる。そのため、特許文献1の方法により生成されたカラー画像には、ボケが含まれる可能性が生じるという問題がある。   However, in Patent Document 1, a laser drive circuit that drives a laser beam and a CCD drive circuit that drives an imaging device (CCD) are alternately arranged at all height positions on the sample 107 for acquiring a two-dimensional image. It is necessary to drive the laser and stop the laser driving every time the image pickup device (CCD) is picked up at each height position, or to shield the laser light by a light shielding means such as a shutter. For this reason, there arises a problem that the number of images taken in the optical axis direction increases and the imaging operation becomes complicated. The acquired color image is created for each pixel by using color information from the non-confocal optical system at the position where the luminance information from the confocal optical system is acquired. The in-focus position may be shifted due to the difference in chromatic aberration between the system and the non-confocal optical system. In particular, when the lens magnification is high, the depth of focus becomes small, so that the influence on the result of defocusing of each optical system cannot be ignored. Therefore, there is a problem that the color image generated by the method of Patent Document 1 may include blur.

そこで、特許文献2に開示されるように、共焦点光学系により複数のステージ位置における共焦点画像信号を取得した後、CCDカメラを用いて複数のステージ位置におけるカラー画像データを取得し、これら共焦点画像信号とカラー画像データを用いて着色された三次元画像を生成するものが提案されている。また、特許文献2には、CCDカメラによる撮像を共焦点画像取得の高さ間隔より広い間隔で行い、撮像枚数を少なくする試みが提案されている。
特開平11−14907号公報 特開2004-29537号公報
Therefore, as disclosed in Patent Document 2, after acquiring confocal image signals at a plurality of stage positions by a confocal optical system, color image data at a plurality of stage positions is acquired by using a CCD camera, and these common images are obtained. An apparatus for generating a colored three-dimensional image using a focus image signal and color image data has been proposed. Patent Document 2 proposes an attempt to reduce the number of images by performing imaging with a CCD camera at an interval wider than the height interval of confocal image acquisition.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-14907 JP 2004-29537 A

ところが、このような特許文献2のものは、CCDカメラの撮像で取得したすべてのカラー画像データに基づいて、各画素についてカラーデータが最大となるようなカラー情報を作成しているため、例えば、輝度飽和しているような位置について、カラーデータが最大となり、ピントが合った位置と判断する可能性がある。このようにカラーデータが最大になる位置は、必ずピントが合う位置とは言えないにも関わらず、ピントが合う位置と誤判断されることがあり、このため、このような方法を用いてもボケが含まれピントの合ったカラー画像を取得するのが難しいという問題があった。   However, since the thing of such patent document 2 produces the color information that the color data becomes the maximum about each pixel based on all the color image data acquired by the imaging of the CCD camera, for example, For a position where the brightness is saturated, the color data is maximized, and there is a possibility that the position is in focus. Although the position where the color data is maximized is not necessarily the position where the focus is achieved, it may be erroneously determined as the position where the focus is achieved. There is a problem that it is difficult to obtain a color image that is out of focus and in focus.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、ボケを含まない良質の合焦カラー画像を短い時間で効率よく生成できる共焦点顕微鏡及び合焦カラー画像の生成方法を提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a confocal microscope and a method for generating a focused color image that can efficiently generate a high-quality focused color image that does not include blur in a short time. .

請求項1記載の発明は、試料の合焦カラー画像を取得可能とした共焦点顕微鏡に適用される合焦カラー画像生成方法であって、対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えて共焦点画像を取得し、これら共焦点画像に基づいて前記試料の各点の画素位置ごとに合焦位置の高さ情報を求める第1のステップと、前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えてカラー画像を撮像する第2のステップと、前記第2のステップにより撮像されたカラー画像の前記試料の各点の画素位置に対し、該画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて合焦判定を行い、この判定結果から合焦カラー画像を取得する第3のステップと、前記第3のステップにより取得された合焦カラー画像と前記高さ情報を用いて前記試料の三次元カラー画像を生成する第4のステップと、を具備したことを特徴としている。 The invention according to claim 1 is a method for generating a focused color image applied to a confocal microscope capable of acquiring a focused color image of a sample, wherein the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample is determined. A first step of obtaining a confocal image in the direction of the optical axis of the objective lens, and obtaining height information of a focus position for each pixel position of each point of the sample based on the confocal image; A second step of capturing a color image by changing a relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the optical axis direction of the objective lens; and the color image captured by the second step of the sample. With respect to the pixel position of each point, a focus determination is performed based on the height information corresponding to the pixel position, and a focused color image is acquired from the determination result, and the third step Acquired in-focus color It is characterized by comprising a fourth step of generating a three-dimensional color image of the sample using the height information and the image.

請求項2記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第3のステップは、前記試料の各点の画素位置について、該画素位置の高さ情報と前記第1のステップで求められた前記画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて前記合焦判定の開始を決定することを特徴としている。   According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the third step is obtained for the pixel position of each point of the sample by the height information of the pixel position and the first step. The focus determination start is determined based on the height information corresponding to the pixel position.

請求項3記載の発明は、請求項1記載の発明において、前記第3のステップは、前記試料の各点の画素位置について、前記第1のステップで求められた前記画素位置に対応する高さ情報に基づいて、前記第2のステップで撮像したカラー画像のうち、前記第3のステップの合焦判定に使用する範囲を決定し、該範囲内の複数のカラー画像について合焦判定対象領域を指定するとともに、これら合焦判定対象領域に対して合焦判定を行うことを特徴としている。   According to a third aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the third step is a height corresponding to the pixel position obtained in the first step with respect to the pixel position of each point of the sample. Based on the information, a range to be used for the focus determination in the third step is determined among the color images captured in the second step, and focus determination target regions are determined for a plurality of color images in the range. It is characterized in that the focus determination is performed on these focus determination target areas.

請求項4記載の発明は、請求項3記載の発明において、前記第3のステップの合焦判定は、複数の合焦判定対象領域に対してそれぞれ合焦評価値を求め、該合焦評価値の中で値が最大となる合焦判定対象領域の注目画素を合焦位置と判断することを特徴としている。   According to a fourth aspect of the present invention, in the third aspect of the invention, the focus determination in the third step is to obtain a focus evaluation value for each of a plurality of focus determination target regions, and the focus evaluation value. Among the above, the pixel of interest in the focus determination target region having the maximum value is determined as the focus position.

請求項5記載の発明は、光源からの光を試料上に集光する対物レンズと前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えて共焦点画像を取得する共焦点画像取得手段と、前記複数の共焦点画像に基づいて前記試料の各点の画素位置ごとに合焦位置の高さ情報を求める高さ情報取得手段と、前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えてカラー画像を撮像するカラー画像取得手段と、前記カラー画像取得手段により撮像されたカラー画像の前記試料の各点の画素位置に対し、該画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて合焦判定を行い、この判定結果から合焦カラー画像を取得する合焦カラー画像取得手段と、前記合焦カラー画像取得手段で取得された合焦カラー画像と前記高さ情報を合成して前記試料の三次元カラー画像を生成する三次元カラー画像生成手扱とを具備したことを特徴としている。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a confocal image acquisition means for acquiring a confocal image by changing the relative position between the objective lens for condensing the light from the light source on the sample and the sample in the optical axis direction of the objective lens. Height information acquisition means for obtaining height information of the in-focus position for each pixel position of each point of the sample based on the plurality of confocal images, and a relative position between the focusing position of the objective lens and the sample Color image acquisition means for picking up a color image by changing the position in the optical axis direction of the objective lens, and the pixel position of each point of the sample of the color image picked up by the color image acquisition means A focus color image acquisition unit that performs focus determination based on the corresponding height information and acquires a focus color image from the determination result; a focus color image acquired by the focus color image acquisition unit; Combining the height information It is characterized by comprising a three-dimensional color image generation hand handling generating a three-dimensional color image of the sample Te.

請求項6記載の発明は、請求項5記載の発明において、前記合焦カラー画像取得手段は、前記試料の各点の画素位置について、該画素位置の高さ情報と、前記高さ情報取得手段で求められた前記画素位置に対応する高さ惰報に基づいて前記合焦判定の開始を決定する合焦判定開始決定手段を有することを特徴としている。   According to a sixth aspect of the present invention, in the fifth aspect of the invention, the focused color image acquisition unit is configured to obtain height information of the pixel position and the height information acquisition unit for the pixel position of each point of the sample. And a focus determination start determining means for determining the start of the focus determination based on the height information corresponding to the pixel position obtained in step (1).

請求項7記載の発明は、請求項5記載の発明において、前記合焦カラー画像取得手段は、前記試料の各点の画素位置について、前記高さ情報取得手段で求められた前記画素位置に対応する高さ情報に基づいて、前記カラー画像取得手段で撮像したカラー画像のうち、前記合焦判定に使用する範囲を決定し、該範囲内の複数のカラー画像について合焦判定対象領域を指定するとともに、これら合焦判定対象領域に対して合焦判定を行う合焦判定手段を有することを特徴としている。   According to a seventh aspect of the invention, in the fifth aspect of the invention, the focused color image acquisition unit corresponds to the pixel position obtained by the height information acquisition unit with respect to the pixel position of each point of the sample. Based on the height information to be determined, a range to be used for the focus determination among the color images captured by the color image acquisition unit is determined, and a focus determination target region is specified for a plurality of color images within the range. In addition, the image forming apparatus includes a focus determination unit that performs focus determination on these focus determination target areas.

請求項8記載の発明は、請求項7記載の発明において、前記合焦判定手段は、複数の合焦判定対象領域に対してそれぞれ合焦評価値を求め、該合焦評価値の中で値が量大となる合焦判定対象領域の注目画素を合焦位置と判断することを特徴としている。   The invention according to claim 8 is the invention according to claim 7, wherein the focus determination means obtains a focus evaluation value for each of the plurality of focus determination target areas, and the value is the value among the focus evaluation values. It is characterized in that the target pixel in the focus determination target region where the amount of is determined as the focus position is determined.

本発明によれば、ボケを含まない良質の合焦カラー画像を短い時間で効率よく生成ができる共焦点顕微鏡及び合焦カラー画像の生成方法を提供できる。   According to the present invention, it is possible to provide a confocal microscope and a method for generating a focused color image that can efficiently generate a high-quality focused color image that does not include blur in a short time.

以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、本発明の一実施の形態にかかる合焦カラー画像の生成方法が適用される共焦点走査型顕微鏡の概略構成を示している。   FIG. 1 shows a schematic configuration of a confocal scanning microscope to which a method for generating a focused color image according to an embodiment of the present invention is applied.

図において、1は光源で、この光源1は、例えばレーザ光などの点光源からなっている。光源1からの光の光路上には、シャッタ2を介して二次元走査機構3が配置されている。シャッタ2は、光源1からの光を遮光可能にしたもので、後述する処理装置10により制御される。二次元走査機構3は、直交する2方向に光を偏向するための不図示の2枚のミラーを有し、これらのミラーにより後述する試料6面上の光を二次元走査するようになっている。   In the figure, 1 is a light source, and the light source 1 is a point light source such as a laser beam. A two-dimensional scanning mechanism 3 is disposed on the optical path of light from the light source 1 via a shutter 2. The shutter 2 enables light from the light source 1 to be blocked and is controlled by a processing device 10 to be described later. The two-dimensional scanning mechanism 3 has two mirrors (not shown) for deflecting light in two orthogonal directions, and two-dimensionally scans light on the surface of the sample 6 to be described later by these mirrors. Yes.

二次元走査機構3から出射される光の光路上には、ビームスプリッタ4が配置されている。このビームスプリッタ4は、光源1の光(レーザ光)を反射し、後述する白色光源11の光(白色光)を透過するような特性を有している。   A beam splitter 4 is disposed on the optical path of the light emitted from the two-dimensional scanning mechanism 3. The beam splitter 4 has such characteristics that it reflects light (laser light) from the light source 1 and transmits light (white light) from a white light source 11 described later.

ビームスプリッタ4で反射した二次元走査機構3からの光の光路上には、対物レンズ5が配置されている。対物レンズ5は、入射した光を収束し、この収束光を上記二次元走査機構3の動作によって試料6面上で光軸に垂直な面方向(図示X,Y方向)に二次元走査させる。   An objective lens 5 is disposed on the optical path of the light from the two-dimensional scanning mechanism 3 reflected by the beam splitter 4. The objective lens 5 converges the incident light and causes the convergent light to be two-dimensionally scanned in the plane direction (X and Y directions in the drawing) perpendicular to the optical axis on the surface of the sample 6 by the operation of the two-dimensional scanning mechanism 3.

試料6は、ステージ7の上に載置されている。ステージ7は、光軸方向(ステージ7面に対して直交する方向)、つまりZ方向に移動可能になっている。この場合、ステージ7は、処理装置10により制御され、対物レンズ5に対する試料6の相対位置をZ軸方向に連続的に可変可能にしている。   The sample 6 is placed on the stage 7. The stage 7 is movable in the optical axis direction (direction orthogonal to the surface of the stage 7), that is, in the Z direction. In this case, the stage 7 is controlled by the processing apparatus 10 so that the relative position of the sample 6 with respect to the objective lens 5 can be continuously changed in the Z-axis direction.

試料6からの反射光は、対物レンズ5を透過し、ビームスプリッタ4で再度反射して二次元走査機構3に戻る。二次元走査機構3に戻された反射光の光路上には、ピンホール8を介して光検出器9が配置されている。ピンホール8は、対物レンズ5の焦点と光学的に共役な位置に配置され、試料6から反射される光のうち合焦の成分を通過させるが、非合焦の成分を透過できないようになっている。光検出器9は、フォトマルチプライヤーなどからなるもので、ピンホール8を通過した光を検出し、この光の輝度を電気信号に変換して出力するものである。この場合、光検出器9よって検出される光は、試料6に対して焦点が合ったところでは最大輝度となり、逆に試料6に対して焦点が外れたところでは、輝度の著しく小さいものとなる。   Reflected light from the sample 6 passes through the objective lens 5, is reflected again by the beam splitter 4, and returns to the two-dimensional scanning mechanism 3. On the optical path of the reflected light returned to the two-dimensional scanning mechanism 3, a photodetector 9 is disposed via a pinhole 8. The pinhole 8 is disposed at a position optically conjugate with the focal point of the objective lens 5 and allows a focused component of light reflected from the sample 6 to pass therethrough but prevents a non-focused component from being transmitted. ing. The photodetector 9 comprises a photomultiplier or the like, detects light that has passed through the pinhole 8, converts the luminance of this light into an electrical signal, and outputs it. In this case, the light detected by the light detector 9 has the maximum luminance when the sample 6 is focused, and conversely, the luminance is extremely small when the sample 6 is out of focus. .

光検出器9には、処理装置10が接続されている。処理装置10には、光検出器9で検出された光の輝度に応じた電気信号が入力される。   A processing device 10 is connected to the photodetector 9. An electrical signal corresponding to the luminance of the light detected by the photodetector 9 is input to the processing device 10.

一方、11は白色光源で、この白色光源11は、例えばハロゲンあるいは水銀等の光源が用いられる。白色光源11からの光の光路上には、ビームスプリッタ12が配置されている。このビームスプリッタ12は、白色光源11からの光(白色光)を反射し、試料6から反射する光(白色光)を透過するような特性を有している。   On the other hand, reference numeral 11 denotes a white light source. As the white light source 11, for example, a light source such as halogen or mercury is used. A beam splitter 12 is disposed on the optical path of light from the white light source 11. The beam splitter 12 has such characteristics that it reflects light (white light) from the white light source 11 and transmits light (white light) reflected from the sample 6.

ビームスプリッタ12で反射した白色光源11からの光の光路上には、シャッタ13を介して上述のビームスプリッタ4が配置されている。シャッタ13は、白色光源11からの光を遮光可能にするものである。また、シャッタ13は、上述したシャッタ2と排他的な関係にあり、シャッタ13が開いている時にシャッタ2は閉じ、逆にシャッタ2が開いている時にシャッタ13は閉じているように処理装置10によって制御される。   On the optical path of the light from the white light source 11 reflected by the beam splitter 12, the above-described beam splitter 4 is disposed via a shutter 13. The shutter 13 can block light from the white light source 11. Further, the shutter 13 has an exclusive relationship with the shutter 2 described above, and the processing device 10 is configured such that the shutter 2 is closed when the shutter 13 is open, and conversely, the shutter 13 is closed when the shutter 2 is open. Controlled by.

シャッタ13を通過した白色光源11からの光は、上述のビームスプリッタ4及び対物レンズ5を透過してステージ7上の試料6に照射される。また、試料6から反射された白色光は、対物レンズ5、ビームスプリッタ4、シャッタ13、ビームスプリッタ12を透過される。ビームスプリッタ12を透過した光の光路上には、不図示の結像レンズを介してカラーカメラ14が配置されている。カラーカメラ14は、CCDカメラからなるもので不図示の結像レンズにより結像される試料6のカラー像を撮像する。   The light from the white light source 11 that has passed through the shutter 13 passes through the beam splitter 4 and the objective lens 5 described above, and is irradiated onto the sample 6 on the stage 7. The white light reflected from the sample 6 is transmitted through the objective lens 5, the beam splitter 4, the shutter 13, and the beam splitter 12. A color camera 14 is disposed on the optical path of the light transmitted through the beam splitter 12 via an imaging lens (not shown). The color camera 14 includes a CCD camera and captures a color image of the sample 6 formed by an imaging lens (not shown).

カラーカメラ14には、処理装置10が接続されている。この処理装置10は、制御部10a、データ保存部10b及びデータ処理部10cを有している。制御部10aは、上述した二次元走査機構3、ステージ7、シャッタ2、13、カラーカメラ14を制御する。データ保存部10bは、光検出器9によって検出される試料6からの光の輝度、カラーカメラ14の撮像画像などのデータを保存する。データ処理部10cは、データ保存部10bに保存されたデータに基づいて輝度情報、高さ情報、合焦カラー画像、三次元合焦カラー画像などを求めるようにしたものである。   A processing device 10 is connected to the color camera 14. The processing apparatus 10 includes a control unit 10a, a data storage unit 10b, and a data processing unit 10c. The control unit 10a controls the two-dimensional scanning mechanism 3, the stage 7, the shutters 2 and 13, and the color camera 14 described above. The data storage unit 10 b stores data such as the luminance of light from the sample 6 detected by the photodetector 9 and the captured image of the color camera 14. The data processing unit 10c obtains luminance information, height information, a focused color image, a three-dimensional focused color image, and the like based on the data stored in the data storage unit 10b.

処理装置10には、表示装置15が接続されている。この表示装置15は、処理装置10で求められた各種のデータを表示する。
次に、このように構成された共焦点走査型顕微鏡による合焦カラー画像の生成までを説明する。なお、以下の説明でステージの移動に関する表現はすべてZ方向の移動を示している。
A display device 15 is connected to the processing device 10. The display device 15 displays various data obtained by the processing device 10.
Next, a description will be given of generation of a focused color image by the confocal scanning microscope configured as described above. In the following description, all expressions relating to movement of the stage indicate movement in the Z direction.

まず、共焦点画像の取得について説明する。
この場合、図2に示すフローチャートが実行される。まず、ステップ201で、処理装置10の制御部10aの指示によりシャッタ2を開けシャッタ13を閉じて動作モードを共焦点光学系による共焦点画像の取得モードに切り替える。次に、ステップ202で、ステージ7を予め指定された開始位置に移動する。
First, acquisition of a confocal image will be described.
In this case, the flowchart shown in FIG. 2 is executed. First, in step 201, the shutter 2 is opened and the shutter 13 is closed according to an instruction from the control unit 10a of the processing apparatus 10, and the operation mode is switched to a confocal image acquisition mode using a confocal optical system. Next, in step 202, the stage 7 is moved to a predetermined start position.

次に、ステップ203で、指定された開始位置に相当するステージ位置Lm(m=0,1,2…)として、最初のステージ位置Lm(L0)に対して共焦点画像を取得する。この場合、光源1からの光は、シャッタ2を介して二次元走査機構3に入射する。二次元走査機構3によって二次元に走査された光束は、ビームスプリッタ4で反射し対物レンズ5を透過して収束光となり試料6表面上で光軸に垂直な面方向(図示X,Y方向)に二次元走査される。試料6からの反射光は、対物レンズ5及びビームスプリッタ4を通って二次元走査機構3に戻り、ピンホール8上に集光し、ピンホール8を通過した光が光検出器9により検出される。光検出器9で検出された光は、データ保存部10bに保存された後、データ処理部10cで画像化される。この画像は、ステージ位置Lm(L0)で光学的にスライスした画像(共焦点画像)として取得される。この共焦点画像は、Limage_Lmで表わされ、各画素位置(i,j)の輝度値をLimage_Lm(i,j)としている。つまり、Limage_Lm(i,j)は、ステージ位置Lm(L0)での試料6面上の各点の画素位置(i,j)の輝度値を表している。   Next, in step 203, a confocal image is acquired for the first stage position Lm (L0) as the stage position Lm (m = 0, 1, 2,...) Corresponding to the designated start position. In this case, the light from the light source 1 enters the two-dimensional scanning mechanism 3 through the shutter 2. The light beam scanned two-dimensionally by the two-dimensional scanning mechanism 3 is reflected by the beam splitter 4, passes through the objective lens 5, becomes convergent light, and is a surface direction perpendicular to the optical axis on the surface of the sample 6 (X and Y directions in the drawing). Two-dimensionally scanned. The reflected light from the sample 6 returns to the two-dimensional scanning mechanism 3 through the objective lens 5 and the beam splitter 4, is condensed on the pinhole 8, and the light that has passed through the pinhole 8 is detected by the photodetector 9. The The light detected by the photodetector 9 is stored in the data storage unit 10b and then imaged by the data processing unit 10c. This image is acquired as an optically sliced image (confocal image) at the stage position Lm (L0). This confocal image is represented by Limage_Lm, and the luminance value at each pixel position (i, j) is Limage_Lm (i, j). That is, Image_Lm (i, j) represents the luminance value of the pixel position (i, j) of each point on the surface of the sample 6 at the stage position Lm (L0).

次に、ステップ204で、共焦点画像Limage_Lmと処理装置10のデータ保存部10bに保存されている最大輝度画像LMax(最初は、LMax=0)とを各画素位置ごとに比較し、LMaxと高さマップHighMapの更新を行う。具体的に、Limage_Lm(i,j)がLMax(i,j)より大きいの場合、LMax(i,j)の値をLimage_Lm(i,j)に置き換え、高さマップHighMap(i,j)の値をLm−L0に置き換える。   Next, in step 204, the confocal image Image_Lm is compared with the maximum luminance image LMax (initially LMax = 0) stored in the data storage unit 10b of the processing apparatus 10 for each pixel position, and LMax and high The height map HighMap is updated. Specifically, if the value of Lmax_Lm (i, j) is larger than LMax (i, j), the value of LMax (i, j) is replaced with the value of Lage_Lm (i, j), and the height map HighMap (i, j) Replace the value with Lm-L0.

次に、ステップ205に進み、ステージ7を予め決めた方向へ、予め指定された間隔で移動する。次に、ステップ206に進み、ステージ位置は予め指定された終了位置になったかどうかを判断する。ここで、指定された終了位置でなければ、ステップ203に戻り、新たに指定されたステージ位置L1、L2…Lmについて、上述したと同様に共焦点画像の取得と高さマップHighMap(i,j)の更新を繰り返す。その後、ステップ206で終了位置を判断すると、共焦点画像の取得を終了する。   Next, in step 205, the stage 7 is moved in a predetermined direction at a predetermined interval. Next, the process proceeds to step 206, where it is determined whether or not the stage position has reached a predetermined end position. Here, if it is not the designated end position, the process returns to step 203, and for the newly designated stage positions L1, L2,... Lm, acquisition of the confocal image and height map HighMap (i, j) are performed in the same manner as described above. ) Repeat the update. Thereafter, when the end position is determined in step 206, acquisition of the confocal image is ended.

以上のような一連の動作により、各ステージ位置Lmでの共焦点画像の取得により、試料6上の各点で光検出器9の輝度出力が最大になるステージ7の位置(合焦位置)が検出され、試料6の各点の高さ情報(高さマップHighMap)としてデータ保存部10bに保存される。   Through the series of operations as described above, the position (focusing position) of the stage 7 at which the luminance output of the photodetector 9 is maximized at each point on the sample 6 is obtained by acquiring a confocal image at each stage position Lm. It is detected and stored in the data storage unit 10b as height information (height map HighMap) of each point of the sample 6.

次に、カラー画像取得と合焦カラー画像生成までを説明する。
この場合、図3に示すフローチャットが実行される。まず、ステップ301で、処理装置10の制御部10aの指示によりシャッタ13を開けてシャッタ2を閉じて動作モードをカラーカメラ14により撮像を行なう非共焦点画像の取得モードに切換える。
Next, color image acquisition and in-focus color image generation will be described.
In this case, the flow chat shown in FIG. 3 is executed. First, in step 301, the shutter 13 is opened and the shutter 2 is closed in accordance with an instruction from the control unit 10a of the processing apparatus 10, and the operation mode is switched to a non-confocal image acquisition mode in which imaging is performed by the color camera 14.

次に、ステップ302で、処理装置10のデータ保存部10bに保存された高さ情報(高さマップHighMap)をデータ処理部10cに読み込む。次に、ステップ303で、ステージ7を予め指定された開始位置に移動する。   Next, in step 302, the height information (height map HighMap) stored in the data storage unit 10b of the processing apparatus 10 is read into the data processing unit 10c. Next, in step 303, the stage 7 is moved to a predetermined start position.

次に、ステップ304で、指定された開始位置に相当するステージ位置Cn(n=0,1,2…)として、最初のステージ位置C0に対してカラーカメラ14による撮像を行なう。この場合、白色光源11からの光は、ビームスプリッタ12で反射し、シャッタ13、ビームスプリッタ4及び対物レンズ5を介して試料6に照射される。また、試料6から反射された白色光は、対物レンズ5、ビームスプリッタ4、シャッタ13、ビームスプリッタ12を透過し、不図示の結像レンズを介してカラーカメラ14の撮像面に結像され撮像される。この撮像されたカラー画像は、Cimage_C0として、データ保存部10bに保存される。   Next, in step 304, the first stage position C0 is imaged by the color camera 14 as the stage position Cn (n = 0, 1, 2,...) Corresponding to the designated start position. In this case, the light from the white light source 11 is reflected by the beam splitter 12 and irradiated onto the sample 6 via the shutter 13, the beam splitter 4, and the objective lens 5. The white light reflected from the sample 6 passes through the objective lens 5, the beam splitter 4, the shutter 13, and the beam splitter 12, and forms an image on the imaging surface of the color camera 14 through an imaging lens (not shown). Is done. The captured color image is stored in the data storage unit 10b as Image_C0.

次に、ステップ305で、ステップ304により取得したカラー画像について、高さ情報(高さマップHighMap)を参考にしながら、後述の合焦判定方法により各画素の合焦判定を行なう。次に、ステップ306で、ステージ7を予め決めた方向へ、予め指定された間隔で移動する。次に、ステップ307に進み、ステージ位置は予め指定された終了位置になったかどうかを判断する。ここで、指定された終了位置でなければ、ステップ304に戻り、新たに指定されたステージ位置C1、C2…Cnについて、上述したと同様にカラー画像の取得と高さマップHighMapを参考にし、各画素の合焦判定を繰り返す。その後、ステップ307で終了位置を判断すると、ステップ308で、今までの各画素の合焦判定結果を用いて一枚の合焦カラー画像を作成し、処理を終了する。   Next, in step 305, with respect to the color image acquired in step 304, the focus determination of each pixel is performed by a focus determination method described later with reference to height information (height map HighMap). Next, in step 306, the stage 7 is moved in a predetermined direction at predetermined intervals. Next, the process proceeds to step 307, where it is determined whether or not the stage position has reached an end position designated in advance. Here, if it is not the designated end position, the process returns to step 304, and the newly designated stage positions C1, C2,... Cn are referred to the color image acquisition and height map HighMap as described above, Repeat the pixel focus determination. Thereafter, when the end position is determined in step 307, in step 308, a single in-focus color image is created using the focus determination result of each pixel so far, and the process is terminated.

次に、合焦カラー画像の取得方法にいて、さらに説明する。
この場合、図4は、共焦点画像の取得からカラー画像の取得までの流れを説明するもので、まず、ステージ7を予め指定された開始位置L0から一定間隔ずつ上へ移動しながら共焦点画像を取得し、終了位置に達したところで、開始位置L0へ戻り、今度は、開始位置L0に相当するステージ位置C0からステージ7を一定間隔ずつ上へ移動しながらカラー画像を取得する。ここで、図面中の試料6上の点aは、各共焦点画像と各カラー画像の共通の画素位置(u,v)に対応している。
Next, the method for obtaining a focused color image will be further described.
In this case, FIG. 4 illustrates the flow from the acquisition of the confocal image to the acquisition of the color image. First, the confocal image is moved while moving the stage 7 upward from the predetermined start position L0 by a predetermined interval. When the end position is reached, the process returns to the start position L0, and this time, a color image is acquired while moving the stage 7 upward from the stage position C0 corresponding to the start position L0 by a predetermined interval. Here, a point a on the sample 6 in the drawing corresponds to a common pixel position (u, v) of each confocal image and each color image.

そして、共焦点画像の取得により、画素位置(u,v)の高さマップHigh(u,v)を求める。このマップHigh(u,v)は、図4に示すL0とLmの間の距離Lm−L0であり、この時の画素位置(u,v)は、開始位置L0から相対距離High(u,v)離れたステージ位置Lmで表わされる。   Then, the height map High (u, v) of the pixel position (u, v) is obtained by acquiring the confocal image. This map High (u, v) is a distance Lm-L0 between L0 and Lm shown in FIG. 4, and the pixel position (u, v) at this time is a relative distance High (u, v) from the start position L0. ) It is represented by a remote stage position Lm.

前述した特許文献1では、共焦点画像を撮影したステージ位置Lmと同じステージ位置Lmで撮影したカラー画像の色情報を用いて各画素の合焦カラーデータを作成するようにしている。しかし、色収差などの影響により共焦点光学系と非共焦点光学系でピントが合う位置がずれることがある。例えば、図4の場合、非共焦点光学系の画素位置(u,v)の合焦位置は、共焦点光学系で得られたL0から相対距離High(u,v)のところのLmでなく、L0(C0)から相対距離Cn−L0(C0)のところのCnと考えられる。このような場合、特許文献1に開示される方法で作成した合焦カラーデータにはボケが含まれることになる。   In Patent Document 1 described above, in-focus color data for each pixel is created using color information of a color image captured at the same stage position Lm as the stage position Lm at which the confocal image was captured. However, the focus position of the confocal optical system and the non-confocal optical system may shift due to the influence of chromatic aberration or the like. For example, in the case of FIG. 4, the focus position of the pixel position (u, v) of the non-confocal optical system is not Lm at the relative distance High (u, v) from L0 obtained by the confocal optical system. , Cn at a relative distance Cn−L0 (C0) from L0 (C0). In such a case, the in-focus color data created by the method disclosed in Patent Document 1 includes blur.

これに対して、本発明では、共焦点画像により画素位置(u,v)の高さマップHigh(u,v)を求め、こののち、非共焦点光学系によりカラー画像を取得しながら試料6の各画素ごとの合焦判定を行い、この合焦判定から得られた各画素の合焦情報から一枚の合焦カラー画像を生成する。これらの処理は、上述した図3のステップ305、308で行われる。   In contrast, in the present invention, the height map High (u, v) of the pixel position (u, v) is obtained from the confocal image, and then the sample 6 is obtained while acquiring the color image by the non-confocal optical system. In-focus determination for each pixel is performed, and one in-focus color image is generated from the in-focus information of each pixel obtained from the in-focus determination. These processes are performed in steps 305 and 308 in FIG. 3 described above.

図5は、上述した図3のステップ305での処理を、さらに詳しく説明するもので、ここでは、試料6上の点aに対応する画素位置(u,v)を説明対象としている。この場合、点aの画素位置(u,v)の合焦判定には、取得したすべてのカラー画像を使用してもよいが、図6に示すようにステージ位置が[L0+High(u,v)−α]から[L0+High(u,v)+α]までの範囲内で取得した複数枚のカラー画像だけを使用してもよい。そして、この範囲内の複数のカラー画像ごとに、点aの画素位置(u,v)を中心とした3×3の画素領域を抽出し、これら領域A1、A2、…Akをa点の画素位置(u,v)の合焦判定の対象とする。   FIG. 5 explains the process in step 305 of FIG. 3 in more detail. Here, the pixel position (u, v) corresponding to the point a on the sample 6 is the object of explanation. In this case, all the acquired color images may be used for the focus determination of the pixel position (u, v) of the point a, but the stage position is [L0 + High (u, v) as shown in FIG. Only a plurality of color images acquired within a range from −α] to [L0 + High (u, v) + α] may be used. Then, for each of a plurality of color images within this range, a 3 × 3 pixel area centered on the pixel position (u, v) of the point a is extracted, and these areas A1, A2,. The target of position (u, v) is in focus determination.

ここで、αは共焦点光学系と非共焦点光学系との色収差、ステージ移動の機械的な誤差を考慮して予め定めた値である。そして、このαの値によって、[L0+High(u,v)−α]がステージのカラー画像取得の開始位置より小さい値になる場合は、合焦判定範囲をステージのカラー画像取得の開始位置からとし、[L0+High(u,v)+α]がカラー画像取得の終了位置より大きい値になる場合は、合焦判定範囲をステージのカラー画像取得の終了位置までとする。なお、前述の画素領域のサイズの3×3は、これに限定する必要はなく、任意に変更可能である。また、αの値は、非共焦点光学系の焦点深度の範囲内で設定することができる。   Here, α is a predetermined value in consideration of the chromatic aberration between the confocal optical system and the non-confocal optical system and the mechanical error of the stage movement. If [L0 + High (u, v) −α] is smaller than the start position of the color image acquisition of the stage due to the value of α, the focus determination range is determined from the start position of the color image acquisition of the stage. , [L0 + High (u, v) + α] is larger than the color image acquisition end position, the focus determination range is set to the end color image acquisition end position. The 3 × 3 size of the pixel area described above is not limited to this, and can be arbitrarily changed. Further, the value of α can be set within the range of the focal depth of the non-confocal optical system.

図5において、まず、ステップ501で、点aの画素位置(u,v)の高さ情報、つまりステージ位置Cn(対物レンズ5と試料6との相対位置)と、この画素位置(u,v)に対応する高さマップHighを用いて、点aの画素の合焦判定が開始できるかどうかについて判断する。この場合、図6に示すように、点aの画素位置(u,v)の高さを表わすステージ7の現在位置、つまりステージ位置Cnが[L0+High(u,v)+α]又は終了位置に到達したかどうかを判定する。この条件を満たさない場合は、点aの画素の合焦判定が開始できないと判断し、ステップ506に進む。ステップ506では、ステージ7の現在位置において、点a以外の画素で、合焦判定の開始ができるかの判断を行ったかどうかを判断する。ここで、他の画素で、合焦判定の開始ができるかの判断がされていない場合は、ステップ501に戻り、判断がされていない画素に対して、同様な処理を繰り返す。   In FIG. 5, first, in step 501, the height information of the pixel position (u, v) of the point a, that is, the stage position Cn (relative position between the objective lens 5 and the sample 6) and the pixel position (u, v). ) To determine whether or not the focus determination of the pixel at the point a can be started. In this case, as shown in FIG. 6, the current position of the stage 7 representing the height of the pixel position (u, v) at the point a, that is, the stage position Cn reaches [L0 + High (u, v) + α] or the end position. Determine if you did. If this condition is not satisfied, it is determined that the focus determination of the pixel at the point a cannot be started, and the process proceeds to step 506. In step 506, it is determined whether or not it has been determined whether or not the focus determination can be started at a pixel other than the point a at the current position of the stage 7. Here, when it is not determined whether the focus determination can be started in other pixels, the process returns to step 501 and the same processing is repeated for the pixels for which determination has not been performed.

一方、ステップ501で、処理開始の条件を満たす場含、ステップ502へ進み、この画素について含焦判定の計算を開始する。この場合、図6に示す[L0+High(u,v)−α]から[L0+High(u,v)+α]までの範囲内で既に取得された複数のカラー画像から、画素位置(u,v)を中心とした3×3の画素領域A1、A2、…Akを抽出し、処理装置10のデータ処理部10cに読み込む。   On the other hand, in step 501, if the condition for processing start is satisfied, the process proceeds to step 502, and calculation of focus determination for this pixel is started. In this case, pixel positions (u, v) are obtained from a plurality of color images already acquired within the range from [L0 + High (u, v) −α] to [L0 + High (u, v) + α] shown in FIG. The 3 × 3 pixel areas A1, A2,... Ak at the center are extracted and read into the data processing unit 10c of the processing apparatus 10.

次に、ステップ503で、最初の領域A1について、各画素のR、G、B信号から輝度信号を分離する。そして、この輝度信号の情報を用いて合焦判定ための合焦評価値を求める。具体的には、この輝度情報を用いて、画素位置(u,v)を中心にラプラシアンフィルタ処理を行い、この画素位置(u,v)におけるラプラシアンフィルタ処理結果を領域A1の合焦評価値とする。なお、ラプラシアンフィルタ処理とは、注目画素(上記記載の画素位置(u,v))と、これに隣接する画素に基づいて注目画素の値(上記記載の合焦評価値)を決定する方法で、一般的な画像処理で行われている技術である。ここでは、合焦評価値を求めるのに、ラプラシアンフィルタ処理を用いているが、これ以外の処理方法として、例えば一次微分フィルタ処理、Sobelフィルタ処理、フーリエ変換法などを用いてもよい。   Next, in step 503, for the first region A1, the luminance signal is separated from the R, G, and B signals of each pixel. Then, using this luminance signal information, a focus evaluation value for determining focus is obtained. Specifically, using this luminance information, a Laplacian filter process is performed around the pixel position (u, v), and the Laplacian filter process result at this pixel position (u, v) is used as the focus evaluation value of the area A1. To do. Note that Laplacian filter processing is a method of determining a value of a target pixel (the above-described focus evaluation value) based on the target pixel (the above-described pixel position (u, v)) and a pixel adjacent thereto. This is a technique performed in general image processing. Here, the Laplacian filter process is used to obtain the focus evaluation value. However, as other processing methods, for example, a primary differential filter process, a Sobel filter process, a Fourier transform method, or the like may be used.

同様にして、他の領域A2、…Akについても、それぞれの評価用の合焦評価値を求める。このようにして求められた合焦評価値は、画素位置(u,v)に関するコントラスト値と考えることができ、このコントラスト値が大きいほど、焦点が合っている位置と考えられる。   Similarly, focusing evaluation values for the respective evaluations are obtained for the other areas A2,. The focus evaluation value obtained in this way can be considered as a contrast value relating to the pixel position (u, v), and the larger the contrast value, the more in-focus position.

次に、ステップ504では、複数の領域A1,A2,…Akのそれぞれの合焦評価値の中で量大のコントラスト値を示す領域を合焦位置と判断し、ステップ505では、ここで求めた合焦位置の画素のカラー情報を、この画素位置のカラー情報として保存する。なお、既にカラー情報が決定された画素を合焦判定済み画素とする。   Next, in step 504, a region showing a large amount of contrast value among the focus evaluation values of the plurality of regions A1, A2,... Ak is determined as the in-focus position. The color information of the pixel at the focus position is stored as the color information of this pixel position. Note that pixels for which color information has already been determined are determined to be in focus.

そして、ステップ506に進み、他の画素で、合焦判定の開始ができるかの判断がされているかどうかの判断が行われ、他の画素で、合焦判定の開始ができるかの判断がされていない場合は、ステップ501に戻リ、判断がされていない画素に対して、合焦判定の開始が可能かどうか判断し、以後、同様な処理を繰り返す。このような一連の動作により、ステージ7の現在位置に対応する各画素の合焦判定が行われ、合焦判定された合焦判定済み画素は、データ保存部10bに保存される。また、これら処理の終了後には、図3に示すフローチャートに戻ってステップ306以降の動作を実行し、ステージ7の移動ごとに、各ステージ位置Cnに対応する合焦判定済みでない画素のカラー情報を取得する。   Then, the process proceeds to step 506, where it is determined whether or not it is possible to start focusing determination with other pixels, and it is determined whether or not focusing determination can be started with other pixels. If not, the process returns to step 501, and it is determined whether or not the focus determination can be started for the pixels that have not been determined, and thereafter the same processing is repeated. Through such a series of operations, the focus determination of each pixel corresponding to the current position of the stage 7 is performed, and the focus determined pixels for which the focus determination has been performed are stored in the data storage unit 10b. After the completion of these processes, the process returns to the flowchart shown in FIG. 3 and the operations in and after step 306 are executed, and each time the stage 7 moves, the color information of the incompletely focused pixels corresponding to each stage position Cn is obtained. get.

その後、データ保存部10bに保存された各画素のカラー情報を用いて一枚の合焦カラー画像を作成する。そして、この合焦カラー画像は、データ処理部10cにより高さ情報(高さマッブHighMap)と合成され、試料6の三次元のカラー画像が生成され、表示装置15に表示される。   Thereafter, one focused color image is created using the color information of each pixel stored in the data storage unit 10b. Then, the focused color image is combined with height information (height map HighMap) by the data processing unit 10 c, and a three-dimensional color image of the sample 6 is generated and displayed on the display device 15.

なお、前述の共焦点画像取得の際のステージ7の開始位置、終了位置及び移動間隔は、それぞれカラー画像取得の際のステージ7の開始位置、終了位置及び移動間隔と一致する必要はない。例えば、共焦点光学系の対物レンズ5の焦点深度に比べて非共焦点光学系の対物レンズ5の焦点深度は大きいので、カラー画像取得の際のステージ移動間隔を共焦点画像取得の際のステージ移動間隔より大きくできる。この場合、ステージ移動間隔を非共焦点光学系の対物レンズ5の焦点深度より小さい値に設定してもよい。このようにすれば、カラー画像取得時間が短縮できる。また、共焦点画像取得の際のステージ移動方向とカラー画像取得の際のステージ移動方向を逆にすれば、ステージ移動が1往復のみで済み、全体の動作時間が短締できる。   Note that the start position, end position, and movement interval of the stage 7 at the time of confocal image acquisition do not have to coincide with the start position, end position, and movement interval of the stage 7 at the time of color image acquisition, respectively. For example, since the depth of focus of the objective lens 5 of the non-confocal optical system is larger than the depth of focus of the objective lens 5 of the confocal optical system, the stage movement interval for acquiring the color image is set to the stage for acquiring the confocal image. It can be larger than the movement interval. In this case, the stage moving interval may be set to a value smaller than the focal depth of the objective lens 5 of the non-confocal optical system. In this way, the color image acquisition time can be shortened. Further, if the stage moving direction at the time of confocal image acquisition and the stage moving direction at the time of color image acquisition are reversed, only one reciprocation of the stage is required, and the overall operation time can be shortened.

したがって、このようにすれば、共焦点光学系により対物レンズ5の集光位置と試料6との相対位置を変えながら共焦点画像を取得し、これら共焦点画像に基づいて試料6の各点の画素位置ごとに合焦位置の高さ情報を求め、次いで、非共焦点光学系により対物レンズ5の集光位置と試料6との相対位置を変えながらカラー画像を撮像するとともに、これら撮像されたカラー画像の前記試料6の各点の画素位置について該画素位置に対応する高さ情報に基づいて合焦判定を行い、この判定結果から合焦カラー情報を取得し、さらにこれら合焦カラー情報と前記高さ情報を合成して試料6の三次元のカラー画像を生成するようにした。これにより、非共焦点光学系により撮像される各画素位置について合焦判定が行われ、これら合焦判定の結果から取得される合焦カラー情報に基づいて合焦カラー画像が生成されるので、厳密な合焦カラー画像、いわゆるボケを含まない良質のカラー画像を生成することができる。   Therefore, in this way, a confocal image is acquired while changing the relative position between the focusing position of the objective lens 5 and the sample 6 by the confocal optical system, and each point of the sample 6 is obtained based on these confocal images. The height information of the in-focus position is obtained for each pixel position, and then a color image is captured while changing the relative position between the focusing position of the objective lens 5 and the sample 6 by the non-confocal optical system, and these images are captured. Focus determination is performed on the pixel position of each point of the sample 6 of the color image based on height information corresponding to the pixel position, and in-focus color information is obtained from the determination result. The height information is synthesized to generate a three-dimensional color image of the sample 6. Thereby, the focus determination is performed for each pixel position imaged by the non-confocal optical system, and a focus color image is generated based on the focus color information acquired from the result of the focus determination. A strictly focused color image, that is, a high-quality color image that does not include so-called blur can be generated.

また、複数のカラー画像の合焦判定では、高さ情報を参照データとしてカラー画像の使用範囲を決定し、この範囲内で撮像される複数のカラー画像について合焦判定のための評価を行なうようにしているので、合焦判定のために所定範囲内のデータのみを使用することで処理データ量を最小限にでき、これにより処理時間を短縮でき、合焦カラー画像を短い時間で効率よく生成することができる。   Further, in the in-focus determination of a plurality of color images, the use range of the color image is determined using the height information as reference data, and the evaluation for the in-focus determination is performed on the plurality of color images captured within this range. Therefore, the amount of processing data can be minimized by using only data within a predetermined range for in-focus determination, thereby reducing processing time and generating in-focus color images efficiently in a short time. can do.

さらに、カラー画像を撮像しながら、合焦判定処理を行なうことができるので、例えばステージ移動が終了した時点で、データ処理をほぼ完了するようになり、システム全体についても高速化を実現できる。   Furthermore, since the focus determination process can be performed while capturing a color image, for example, when the stage movement is completed, the data processing is almost completed, and the entire system can be speeded up.

なお、上述した実施の形態では、共焦点顕微鏡における合焦カラー画像生成方法について述べているが、かかる合焦カラー画像生成方法を適用した共焦点顕微鏡では、共焦点画像を取得する共焦点画像取得手段、共焦点画像に基づいて試料6の各点の画素位置ごとに合焦位置の高さ情報を求める高さ情報取得手段、カラー画像を取得するカラー画像取得手段、カラー画像中の試料6の各点の画素位置に対し該画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて合焦判定を行い、この判定結果から合焦カラー画像を取得する合焦カラー画像取得手段、合焦カラー画像取得手段で取得された合焦カラー画像と高さ情報を合成して試料の三次元合焦カラー画像を生成する合焦カラー画像生成手段、試料6の各点の画素位置について該画素位置の高さ情報と高さ情報取得手段で求められた画素位置に対応する高さ情報に基づいて合焦判定の開始を決定する合焦判定開始決定手段、さらには試料6の各点の画素位置について前記高さ情報取得手段で求められた画素位置に対応する高さ情報に基づいて、カラー画像取得手段で撮像したカラー画像のうち合焦判定に使用する範囲を決定し、該範囲内の複数のカラー画像について合焦判定対象領域を指定するとともに、これら合焦判定対象領域に対して合焦判定を行なう合焦判定手段、複数の合焦判定対象領域に対してそれぞれ合焦評価値を求め、該合焦評価値の中で値が最大となる合焦判定対象領域の注目画素を合焦位置と判断する手段などが設けられている。   In the above-described embodiment, the focused color image generation method in the confocal microscope is described. However, in the confocal microscope to which the focused color image generation method is applied, the confocal image acquisition for acquiring the confocal image is performed. Means, height information acquisition means for obtaining height information of the focus position for each pixel position of each point of the sample 6 based on the confocal image, color image acquisition means for acquiring a color image, and the sample 6 in the color image. A focused color image acquisition unit and a focused color image acquisition unit that perform focusing determination on the pixel position of each point based on the height information corresponding to the pixel position and acquire a focused color image from the determination result A focused color image generating means for generating a three-dimensional focused color image of the sample by synthesizing the focused color image and the height information acquired in step 1, height information of the pixel position for each pixel position of the sample 6 When Focus determination start determining means for determining the start of focus determination based on height information corresponding to the pixel position obtained by the height information acquisition means, and further, the height information acquisition for the pixel position of each point of the sample 6 Based on the height information corresponding to the pixel position obtained by the means, a range to be used for focusing determination is determined among the color images captured by the color image acquisition means, and the plurality of color images in the range are focused. A focus determination unit that specifies a determination target region and performs focus determination on the focus determination target region, obtains a focus evaluation value for each of the plurality of focus determination target regions, and determines the focus evaluation value. Means for determining the focus pixel of the focus determination target area having the maximum value among the focus positions is provided.

その他、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, In the implementation stage, it can change variously in the range which does not change the summary.

さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。   Furthermore, the above embodiments include inventions at various stages, and various inventions can be extracted by appropriately combining a plurality of disclosed constituent elements. For example, even if some constituent requirements are deleted from all the constituent requirements shown in the embodiment, the problem described in the column of the problem to be solved by the invention can be solved, and is described in the column of the effect of the invention. If the above effect is obtained, a configuration from which this configuration requirement is deleted can be extracted as an invention.

本発明の一実施の形態にかかる合焦カラー画像の生成方法が適用される共焦点走査型顕微鏡の概略構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the confocal scanning microscope to which the production | generation method of the focused color image concerning one embodiment of this invention is applied. 一実施の形態の共焦点画像の取得手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the acquisition procedure of the confocal image of one embodiment. 一実施の形態のカラー画像と合焦カラー画像生成手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the color image of one Embodiment, and a focus color image production | generation procedure. 一実施の形態の共焦点画像とカラー画像との合焦位置のずれの例を示す図。The figure which shows the example of the shift | offset | difference of the focus position of the confocal image and color image of one Embodiment. 一実施の形態の合焦カラー画像を求める手順を示すフローチャート。The flowchart which shows the procedure which calculates | requires the focus color image of one Embodiment. 一実施の形態の合焦判定を説明するための図。The figure for demonstrating the focus determination of one Embodiment. 従来の共焦点顕微鏡の概略的構成を示す図。The figure which shows schematic structure of the conventional confocal microscope.

符号の説明Explanation of symbols

1…光源、2…シャッタ
3…二次元走査機構、4…ビームスプリッタ
5…対物レンズ、6…試料
7…ステージ、8…ピンホール
9…光検出器、10…処理装置
10a…制御部、10b…データ保存部
10c…データ処理部、11…白色光源
12…ビームスプリッタ、13…シャッタ
14…カラーカメラ、15…表示装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Light source, 2 ... Shutter 3 ... Two-dimensional scanning mechanism, 4 ... Beam splitter 5 ... Objective lens, 6 ... Sample 7 ... Stage, 8 ... Pinhole 9 ... Photo detector, 10 ... Processing apparatus 10a ... Control part, 10b Data storage unit 10c Data processing unit 11 White light source 12 Beam splitter 13 Shutter 14 Color camera 15 Display device

Claims (8)

試料の合焦カラー画像を取得可能とした共焦点顕微鏡に適用される合焦カラー画像生成方法であって、
対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えて共焦点画像を取得し、これら共焦点画像に基づいて前記試料の各点の画素位置ごとに合焦位置の高さ情報を求める第1のステップと、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えてカラー画像を撮像する第2のステップと、
前記第2のステップにより撮像されたカラー画像の前記試料の各点の画素位置に対し、該画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて合焦判定を行い、この判定結果から合焦カラー画像を取得する第3のステップと、
前記第3のステップにより取得された合焦カラー画像と前記高さ情報を用いて前記試料の三次元カラー画像を生成する第4のステップと、
を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡における合焦カラー画像生成方法。
A focused color image generation method applied to a confocal microscope capable of acquiring a focused color image of a sample,
A confocal image is obtained by changing the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the optical axis direction of the objective lens, and focusing is performed for each pixel position of each point of the sample based on the confocal image. A first step for determining position height information;
A second step of capturing a color image by changing a relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the optical axis direction of the objective lens ;
The focus determination is performed on the pixel position of each point of the sample of the color image captured in the second step based on the height information corresponding to the pixel position, and the focused color image is determined based on the determination result. A third step of obtaining
A fourth step of generating a three-dimensional color image of the sample using the in-focus color image acquired in the third step and the height information;
A method for generating a focused color image in a confocal microscope.
前記第3のステップは、前記試料の各点の画素位置について、該画素位置の高さ情報と前記第1のステップで求められた前記画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて前記合焦判定の開始を決定することを特徴とする請求項1に記載の合焦カラー画像の生成方法。   In the third step, for the pixel position of each point of the sample, the focusing is performed based on the height information of the pixel position and the height information corresponding to the pixel position obtained in the first step. The focused color image generation method according to claim 1, wherein the start of the determination is determined. 前記第3のステップは、前記試料の各点の画素位置について、前記第1のステップで求められた前記画素位置に対応する高さ情報に基づいて、前記第2のステップで撮像したカラー画像のうち、前記第3のステップの合焦判定に使用する範囲を決定し、該範囲内の複数のカラー画像について合焦判定対象領域を指定するとともに、これら合焦判定対象領域に対して合焦判定を行うことを特徴とする請求項1に配載の合焦カラー画像の生成方法。   In the third step, for the pixel position of each point of the sample, based on the height information corresponding to the pixel position obtained in the first step, the color image captured in the second step Of these, a range to be used for the focus determination in the third step is determined, a focus determination target region is specified for a plurality of color images within the range, and focus determination is performed for these focus determination target regions. 2. The method for generating a focused color image according to claim 1, wherein: 前記第3のステップの合焦判定は、複数の合焦判定対象領域に対してそれぞれ合焦評価値を求め、該合焦評価値の中で値が最大となる合焦判定対象領域の注目画素を合焦位置と判断することを特徴とする請求項3に記載の合焦カラー画像の生成方法。   In the focus determination in the third step, a focus evaluation value is obtained for each of the plurality of focus determination target areas, and the target pixel of the focus determination target area that has the maximum value among the focus evaluation values The in-focus color image generating method according to claim 3, wherein the in-focus position is determined. 光源からの光を試料上に集光する対物レンズと前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えて共焦点画像を取得する共焦点画像取得手段と、
前記複数の共焦点画像に基づいて前記試料の各点の画素位置ごとに合焦位置の高さ情報を求める高さ情報取得手段と、
前記対物レンズの集光位置と前記試料との相対位置を前記対物レンズの光軸方向に変えてカラー画像を撮像するカラー画像取得手段と、
前記カラー画像取得手段により撮像されたカラー画像の前記試料の各点の画素位置に対し、該画素位置に対応する前記高さ情報に基づいて合焦判定を行い、この判定結果から合焦カラー画像を取得する合焦カラー画像取得手段と、
前記合焦カラー画像取得手段で取得された合焦カラー画像と前記高さ情報を合成して前記試料の三次元カラー画像を生成する三次元カラー画像生成手扱と
を具備したことを特徴とする共焦点顕微鏡。
A confocal image acquisition means for acquiring a confocal image by changing the relative position of the objective lens that collects light from the light source on the sample and the sample in the optical axis direction of the objective lens ;
Height information acquisition means for obtaining height information of a focus position for each pixel position of each point of the sample based on the plurality of confocal images;
Color image acquisition means for capturing a color image by changing the relative position between the focusing position of the objective lens and the sample in the optical axis direction of the objective lens ;
A focus determination is performed on the pixel position of each point of the sample of the color image captured by the color image acquisition unit based on the height information corresponding to the pixel position. In-focus color image acquisition means for acquiring
Characterized by comprising a three-dimensional color image generation Te扱that by combining the height information and focus color image acquired by the in-focus color image acquisition means to generate a three-dimensional color image of the sample Confocal microscope.
前記合焦カラー画像取得手段は、前記試料の各点の画素位置について、該画素位置の高さ情報と、前記高さ情報取得手段で求められた前記画素位置に対応する高さ惰報に基づいて前記合焦判定の開始を決定する合焦判定開始決定手段を有することを特徴とする請求項5に記載の共焦点顕微鏡。   The in-focus color image acquisition means is based on the height information corresponding to the pixel position obtained by the height information acquisition means and the height information of the pixel position for the pixel position of each point of the sample. The confocal microscope according to claim 5, further comprising: a focus determination start determination unit that determines start of the focus determination. 前記合焦カラー画像取得手段は、前記試料の各点の画素位置について、前記高さ情報取得手段で求められた前記画素位置に対応する高さ情報に基づいて、前記カラー画像取得手段で撮像したカラー画像のうち、前記合焦判定に使用する範囲を決定し、該範囲内の複数のカラー画像について合焦判定対象領域を指定するとともに、これら合焦判定対象領域に対して合焦判定を行う合焦判定手段を有することを特徴とする請求項5に記載の共焦点顕微鏡。   The focused color image acquisition unit captures the pixel position of each point of the sample with the color image acquisition unit based on height information corresponding to the pixel position obtained by the height information acquisition unit. Of the color images, a range to be used for the focus determination is determined, a focus determination target region is specified for a plurality of color images within the range, and focus determination is performed on these focus determination target regions. The confocal microscope according to claim 5, further comprising a focus determination unit. 前記合焦判定手段は、複数の合焦判定対象領域に対してそれぞれ合焦評価値を求め、該合焦評価値の中で値が量大となる合焦判定対象領域の注目画素を合焦位置と判断することを特徴とする請求項7に記載の共焦点顕微鏡。   The focus determination unit obtains a focus evaluation value for each of the plurality of focus determination target areas, and focuses a target pixel in the focus determination target area whose value is large among the focus evaluation values. The confocal microscope according to claim 7, wherein the confocal microscope is determined as a position.
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