JP5761061B2 - 撮像装置及び顕微鏡、並びに、これらに用いられるプログラム - Google Patents

Description

本発明は、載置面に配置された対象物を撮像するための撮像装置、当該撮像装置を備えた顕微鏡、並びに、これらに用いられるプログラムに関するものである。

顕微鏡の中には、ステージの載置面上に配置された試料の分析位置に光を照射し、分析位置における反射光又は透過光（以下、これらを総称して「分析光」と呼ぶ。）を検出することにより、当該試料の分析を行うことができるものがある。ステージとしては、例えば載置面に平行な平面（ＸＹ平面）で移動可能なＸＹステージなどが用いられる。

赤外顕微鏡などの顕微鏡においては、載置面に垂直な方向（Ｚ方向）から試料表面を撮像することにより画像を取得し、当該画像を観察しながら試料の分析位置を調整するなどの作業を行う場合がある。上記画像は、例えば試料の分析位置を中心とする画像であり、試料からの分析光を検出部に導くための光学系と一部共通する光学部材（例えば、カセグレン鏡など）を用いて取得される。

この場合、上記のような一部共通する光学部材の存在により、上記画像を取得するための光学系の倍率と、試料からの分析光を検出部に導くための光学系の倍率との差が必然的に小さくなり、試料表面の広範囲にわたって画像を取得することが困難になる。そのため、試料の分析位置を調整する際には、比較的狭い範囲の画像を観察しながら、ステージをＸＹ平面内で少しずつ移動させるなどして当該ステージの位置決めを行う必要があり、作業が煩雑になる場合があった。

そこで、例えば下記特許文献１に開示されているような技術を用いて、試料表面を撮像する場合とは異なる撮像手段で画像を取得し、当該画像に基づいてステージの位置決めを行うことが考えられる。また、特許文献１に開示されているような方法以外にも、ステージの位置決めは種々の方法により行うことが可能である。

特開平１０−１０５２４２号公報

例えば、上記画像を取得するための光学系と、試料からの分析光を検出部に導くための光学系とで、光学部材が全く共通しないように構成することによって、取得する試料表面の画像の倍率を小さくし、より広範囲の画像を取得することが考えられる。この場合、上記画像を取得するための光学系と、試料からの分析光を検出部に導くための光学系とが、物理的に干渉しないように、Ｚ方向に対して傾斜した方向から試料表面を撮像して画像を取得することが考えられる。

しかしながら、この場合には、取得される試料表面の画像の中心位置が、試料の分析位置からずれる場合がある。すなわち、上記画像を取得するための光学系の光軸と、試料からの分析光を検出部に導くための光学系の光軸とが、いずれも載置面上の共通の位置を向いている場合、Ｚ方向に対して傾斜した方向から撮像される試料表面の画像の中心位置は、試料の厚みによってずれるという問題がある。このような試料表面の画像の中心位置のずれは、特に試料の厚みが大きい場合に顕著となる。

試料の分析を行う上で、取得される試料表面の画像の中心位置は、試料の分析位置と一致していることが好ましい。しかしながら、画像の中心位置のずれ量は、試料の厚みによって変化するため、試料の厚みが不明な状態では、上記のようなずれを補正することが困難である。したがって、試料の厚みを容易に算出することができ、その厚みを用いて画像の中心位置のずれ量を容易に算出することができるような構成が望まれる。

上記のような対象物（試料）の厚みを容易に算出することができる構成は、顕微鏡に限らず、種々の撮像装置において望まれており、Ｚ方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像するような構成だけでなく、Ｚ方向から対象物を撮像するような構成においても望まれている。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、対象物の厚みを容易に算出することができる撮像装置及び顕微鏡、並びに、これらに用いられるプログラムを提供することを目的とする。また、本発明は、載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像する場合に、載置面に垂直な方向から対象物を撮像したときの画像に対するずれ量を容易に算出することができる撮像装置及び顕微鏡、並びに、これらに用いられるプログラムを提供することを目的とする。

本発明に係る撮像装置は、載置面に配置された対象物の表面を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段に対する対象物の相対位置を、前記載置面に平行な方向に移動させる移動手段と、前記移動手段による移動前及び移動後に前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、当該画像の移動量を取得する画像移動量取得手段と、前記移動手段による移動量、前記画像移動量取得手段により取得した移動量、及び、これらの移動量と対象物の厚みとの関係を特定可能な前記撮像手段の視野角及び視野長に基づいて、対象物の厚みを算出する厚み算出手段とを備えたことを特徴とする。

このような構成によれば、移動手段による移動量、画像移動量取得手段により取得した移動量、及び、これらの移動量と対象物の厚みとの関係を特定可能な撮像手段の視野角及び視野長に基づいて、対象物の厚みを容易に算出することができる。すなわち、撮像手段の視野角及び視野長を用いて、前記２つの移動量と対象物の厚みとの関係を特定することができるため、前記２つの移動量のみを変数として、対象物の厚みを容易に算出することができる。

このように、前記厚み算出手段は、前記移動手段による移動量及び前記画像移動量取得手段により取得した移動量を変数とし、前記視野角及び視野長を用いた式に基づいて、対象物の厚みを算出するものであってもよい。

前記厚み算出手段は、下記式に基づいて対象物の厚みΔＺを算出するものであってもよい。
ΔＺ＝｛Ｄ１（１−Ｌ２／Ｌ１）／２｝×ｔａｎ（π／２−θ／２）
ただし、Ｌ１は前記移動手段による移動量、Ｌ２は前記画像移動量取得手段により取得した移動量、θは前記撮像手段の視野角、Ｄ１は前記撮像手段の視野長である。対象物の厚みΔＺは、上記式により算出されるような構成に限らず、上記式に基づいて得られる他の式により算出されるような構成であってもよい。

前記撮像手段は、前記載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像するものであってもよい。この場合、前記撮像装置は、前記撮像手段により撮像された画像に対して射影変換処理を行う射影変換処理手段をさらに備え、前記画像移動量取得手段は、前記射影変換処理が行われた画像に基づいて、当該画像の移動量を取得するものであってもよい。

このような構成によれば、載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像する構成であっても、射影変換処理を用いることにより、載置面に垂直な方向から対象物を撮像した場合のような歪のない画像同士を比較して、当該画像の移動量を取得することができる。これにより、載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像する構成であっても、対象物の厚みを良好に算出することができる。

前記撮像装置は、前記厚み算出手段により算出した対象物の厚み、及び、前記撮像手段の対象物に対する傾斜角に基づいて、前記載置面に垂直な方向から対象物を撮像したときの画像に対する前記撮像手段で撮像された画像のずれ量を算出する画像ずれ量算出手段をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像する場合に、厚み算出手段により算出した対象物の厚み、及び、撮像手段の対象物に対する傾斜角に基づいて、載置面に垂直な方向から対象物を撮像したときの画像に対するずれ量を容易に算出することができる。すなわち、撮像手段の対象物に対する傾斜角は撮像手段の配置態様によって予め特定されるため、厚み算出手段により算出した対象物の厚みのみを変数として、前記ずれ量を容易に算出することができる。

このように、前記画像ずれ量算出手段は、前記厚み算出手段により算出した対象物の厚みを変数とし、予め定められた前記撮像手段の対象物に対する傾斜角を用いた式に基づいて、前記ずれ量を算出するものであってもよい。

前記画像ずれ量算出手段は、下記式に基づいて前記ずれ量Ｋを算出するものであってもよい。
Ｋ＝ΔＺ×ｔａｎ（π／２−δ）
ただし、ΔＺは対象物の厚み、δは前記撮像手段の対象物に対する傾斜角である。前記ずれ量Ｋは、上記式により算出されるような構成に限らず、上記式に基づいて得られる他の式により算出されるような構成であってもよい。

前記撮像装置は、前記画像ずれ量算出手段により算出した前記ずれ量に基づいて、前記撮像手段により撮像される画像の位置を補正する画像位置補正手段をさらに備えていてもよい。

このような構成によれば、載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像することにより取得された画像の中心位置を、載置面に垂直な方向から対象物を撮像したときの画像の中心位置に合わせることができる。したがって、異なる厚みの対象物を撮像する場合であっても、簡単な処理を用いて、撮像手段により取得した画像の中心位置を一定に保つことができる。

本発明に係る顕微鏡は、前記撮像装置と、前記載置面に配置された対象物に照射された光の反射光又は透過光を検出するための検出部とを備えたことを特徴とする。

本発明に係るプログラムは、載置面に配置された対象物の表面を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段に対する対象物の相対位置を、前記載置面に平行な方向に移動させる移動手段とを備えた撮像装置に用いられるプログラムであって、前記移動手段による移動前及び移動後に前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、当該画像の移動量を取得する画像移動量取得手段と、前記移動手段による移動量、前記画像移動量取得手段により取得した移動量、及び、これらの移動量と対象物の厚みとの関係を特定可能な前記撮像手段の視野角及び視野長に基づいて、対象物の厚みを算出する厚み算出手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。

本発明によれば、移動手段による移動量、画像移動量取得手段により取得した移動量、及び、これらの移動量と対象物の厚みとの関係を特定可能な撮像手段の視野角及び視野長に基づいて、対象物の厚みを容易に算出することができる。また、本発明によれば、載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像する場合に、厚み算出手段により算出した対象物の厚み、及び、撮像手段の対象物に対する傾斜角に基づいて、載置面に垂直な方向から対象物を撮像したときの画像に対するずれ量を容易に算出することができる。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡の構成例を示した概略図である。 制御部の構成例を示した機能ブロック図である。 厚み算出部により試料の厚みを算出する処理について説明するための概念図である。 画像ずれ量算出部により画像のずれ量を算出する処理について説明するための概念図である。 制御部による処理の一例を示したフローチャートである。

図１は、本発明の一実施形態に係る顕微鏡の構成例を示した概略図である。この顕微鏡は、ステージ１の載置面１１上に配置された試料２に光を照射し、試料表面２１で反射した反射光、又は、試料２を透過した透過光を、分析光として検出部３で検出することにより、試料２の分析を行うことができる。本実施形態では、載置面１１に平行な平面をＸＹ平面とし、当該ＸＹ平面において、図１の紙面に平行な方向をＸ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向とする。また、ＸＹ平面に垂直な方向、すなわち載置面１１に垂直な方向をＺ方向とする。

ステージ１は、ステージ駆動部１２の駆動により、ＸＹ平面内で移動可能となっている。すなわち、ステージ１をＸ方向に移動させたり、Ｙ方向に移動させたりすることができるだけでなく、ＸＹ平面内でＸ方向及びＹ方向に対して傾斜する方向にステージ１を移動させることも可能である。ただし、ステージ１は、ＸＹ平面内において移動可能なＸＹステージに限らず、Ｚ方向にも移動可能なＸＹＺステージなどであってもよい。

試料２から検出部３までの光路中には、例えばビームスプリッタ４が配置されている。ビームスプリッタ４は、Ｚ方向に対して４５°傾斜するように配置されており、Ｚ方向に沿って試料２からビームスプリッタ４に向かう分析光は、ビームスプリッタ４の表面で反射され、ＸＹ平面に沿って検出部３に入射するようになっている。ただし、試料２から検出部３までの光路中には、ビームスプリッタ４だけでなく、他の光学部材が設けられていてもよい。例えば赤外顕微鏡においては、カセグレン鏡などの各種の光学部材が設けられていてもよい。

ビームスプリッタ４を挟んでステージ１の反対側には、第１撮像部５が配置されている。すなわち、ステージ１、ビームスプリッタ４及び第１撮像部５が、この順序でＺ方向に並ぶように配置されている。これにより、試料２からビームスプリッタ４に向かう光の一部がビームスプリッタ４を透過し、第１撮像部５に入射するようになっている。第１撮像部５は、Ｚ方向から試料表面２１を撮像することにより画像（第１画像）を取得するものである。

本実施形態における顕微鏡には、第１撮像部５とは別に、第２撮像部６が備えられている。この第２撮像部６は、Ｚ方向に対して傾斜した方向から試料表面２１の画像（第２画像）を撮像する撮像手段を構成している。第１撮像部５及び第２撮像部６は、例えばＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラ又はＣＭＯＳ（Complementary
Metal Oxide Semiconductor）カメラなどにより構成することができる。

また、本実施形態における顕微鏡には、操作部７、表示部８及び記憶部９などが備えられている。操作部７は、当該顕微鏡に対する操作を行うためのものであり、例えばキーボード又はマウスなどにより構成することができる。表示部８は、当該顕微鏡の動作状態又は分析結果などを表示するためのものであり、例えば液晶表示器などにより構成することができる。記憶部９は、当該顕微鏡の動作に関する各種情報を記憶するためのものであり、例えばＲＯＭ（Read-Only Memory）及びＲＡＭ（Random-Access Memory）などにより構成することができる。

検出部３、第１撮像部５、第２撮像部６、操作部７、表示部８、記憶部９及びステージ駆動部１２は、それぞれ制御部１０に対して電気的に接続されている。制御部１０は、例えばＣＰＵ（Central Processing Unit）を含む構成であり、制御部１０及び記憶部９は、例えばコンピュータにより構成することができる。

図２は、制御部１０の構成例を示した機能ブロック図である。制御部１０は、記憶部９に記憶されたプログラムをＣＰＵが実行することにより、例えば第１画像処理部１１０、第２画像処理部１２０、移動処理部１３０及び分析処理部１４０などとして機能する。

第１画像処理部１１０は、第１撮像部５により取得された画像を表示部８に表示させるための処理を行う。第２画像処理部１２０は、第２撮像部６により取得された画像を表示部８に表示させるための処理を行うものであり、例えば操作部７の操作に基づいて処理を開始することができる。ただし、第２画像処理部１２０は、自動的に処理を開始するものであってもよい。第２画像処理部１２０は、例えば射影変換処理部１２１、画像移動量取得部１２２、厚み算出部１２３、画像ずれ量算出部１２４及び画像位置補正部１２５などとして機能する。

移動処理部１３０は、ステージ駆動部１２とともに、ステージ１を移動させるための移動手段を構成している。すなわち、移動処理部１３０からの信号に基づいて、ステージ駆動部１２がステージ１を移動させることにより、検出部３、第１撮像部５及び第２撮像部６などに対する試料２の相対位置を移動させることができる。移動処理部１３０は、例えば操作部７の操作に基づいて処理を開始することができるが、これに限らず、自動的に処理を開始するものであってもよい。

上記移動手段は、少なくとも第２撮像部６に対する試料２の相対位置を、ステージ１の載置面１１に平行な方向に移動させるものであればよい。したがって、上記移動手段は、ステージ１をＸＹ平面内で移動させるものであってもよいし、第２撮像部６をＸＹ平面内で移動させるものであってもよい。ただし、ステージ１をＸＹ平面内で移動させる場合の方が、第２撮像部６をＸＹ平面内で移動させる場合よりも精度よく上記相対位置を移動させることができる。

分析処理部１４０は、検出部３からの信号に基づいて、試料２を分析する処理を行う。試料２の分析は、顕微鏡の種類に応じて種々の処理により行われる。例えば赤外顕微鏡においては、試料表面２１に付着した有機物などに起因して分析光に生じる特有のスペクトルが、フーリエ変換などを用いた分析処理部１４０の処理によって検出される。分析処理部１４０による分析結果は、例えば表示部８に表示することができる。

本実施形態において使用される第２撮像部６は、特定の視野角及び視野長で撮像することが可能であり、これらの視野角及び視野長が記憶部９に記憶されている。また、第２撮像部６は、Ｚ方向に対して傾斜するように配置されており、ＸＹ平面に対する第２撮像部６の傾斜角（例えば９０°未満）も記憶部９に記憶されている。

ここで、視野長とは、例えば任意のＸＹ平面上の第２撮像部６による撮像範囲を基準として、そのＸＹ平面内の特定の方向における上記撮像範囲の幅を意味している。すなわち、上記特定の方向をＸ方向とした場合には、上記撮像範囲のＸ方向の幅が視野長となり、上記特定の方向をＹ方向とした場合には、上記撮像範囲のＹ方向の幅が視野長となる。上記特定の方向は、例えば第２撮像部６に対する試料２の相対位置を上記移動手段により移動させる方向と一致している。

したがって、上記撮像範囲が円形である場合には、当該撮像範囲の直径が視野長となる。ただし、上記撮像範囲は円形に限らず、例えば正方形又は長方形などの矩形の他、楕円形などの任意の形状であってもよい。また、上記撮像範囲は、第２撮像部６が撮像可能な範囲全体に限らず、例えば第２撮像部６が撮像可能な範囲の一部のみを撮像範囲に規定してもよい。

また、視野角とは、例えば上記撮像範囲における視野長を規定する２つの端点が、第２撮像部６の受光面に対してなす角を意味している。第２撮像部６は、固定されていてもよいし、移動可能な構成であってもよい。第２撮像部６が固定されている場合には、上記傾斜角は一定の値となるが、第２撮像部６を移動可能な構成とした場合には、上記傾斜角は任意の値であってもよい。ただし、第２撮像部６を移動可能な構成とした場合には、上記傾斜角を検出するための機構を設けることにより、上記傾斜角を特定することができることが好ましい。

射影変換処理部１２１は、第２撮像部６により撮像された画像に対して射影変換処理を行う射影変換処理手段を構成している。射影変換処理については、周知の方法を用いて行うことができるため、詳細な説明を省略する。第２撮像部６により、Ｚ方向に対して傾斜した方向から試料表面２１を撮像した場合であっても、射影変換処理を行うことによって、Ｚ方向から試料表面２１を撮像した場合のような歪のない画像に変換することができる。

本実施形態では、第２画像処理部１２０による処理が行われる際、移動処理部１３０によりステージ１をＸＹ平面内で一定量だけ移動させるようになっている。このとき、移動前及び移動後の試料表面２１が第２撮像部６により撮像され、これらの画像に対して射影変換処理部１２１により射影変換処理が行われた後、当該画像の移動量が画像移動量取得部１２２により取得されるようになっている。

このように、画像移動量取得部１２２は、移動処理部１３０による移動前及び移動後に第２撮像部６で撮像された画像に基づいて、当該画像の移動量を取得する画像移動量取得手段を構成している。第２撮像部６で撮像される試料表面２１の画像の画素数と、実際の試料表面２１における距離との比は、試料表面２１に対して合焦した状態では予め定められた値となる。したがって、画像移動量取得部１２２は、例えば移動前の画像における特定の画素を注目画素として、その注目画素が移動後の画像において移動した距離を画素数に基づいて算出することにより、当該画像の移動量を取得することができる。

厚み算出部１２３は、移動処理部１３０によりステージ１をＸＹ平面内で移動させたときの移動量と、その移動前及び移動後に第２撮像部６で撮像した画像に基づいて画像移動量取得部１２２で取得される移動量とに基づいて、試料２の厚みを算出する厚み算出手段を構成している。本実施形態では、厚み算出部１２３は、上記のような２つの移動量に加えて、第２撮像部６の視野角及び視野長を用いて試料２の厚みを算出するようになっている。この厚み算出部１２３による処理の詳細については後述する。

画像ずれ量算出部１２４は、厚み算出部１２３により算出した試料２の厚みと、第２撮像部６の試料２に対する傾斜角とに基づいて、Ｚ方向から試料２を撮像したときの画像に対する第２撮像部６で撮像された画像のずれ量を算出する画像ずれ量算出手段を構成している。すなわち、第２撮像部６は、Ｚ方向に対して傾斜した方向から試料２を撮像するため、Ｚ方向から試料２を撮像した場合と比較して、試料表面２１の画像（俯瞰画像）の中心位置が試料２の厚みに応じた量だけずれることとなる。画像ずれ量算出部１２４は、当該ずれ量を算出するものであり、その処理の詳細については後述する。

画像位置補正部１２５は、画像ずれ量算出部１２４により算出したずれ量に基づいて、第２撮像部６により撮像される画像の位置を補正する画像位置補正手段を構成している。具体的には、画像ずれ量算出部１２４により算出したずれ量を用いて、第２撮像部６で撮像された試料表面２１の画像の中心位置が、Ｚ方向から試料表面２１を撮像した場合の画像の中心位置と一致するように、第２撮像部６で撮像された射影変換処理後の画像の位置が補正される。このような補正処理は、例えば画像ずれ量算出部１２４により算出したずれ量に相当する画素数だけ画像をずらす処理（画像処理）により行うことができる。

画像位置補正部１２５により補正された画像は、表示部８に表示することができる。このような補正後の第２撮像部６の画像は、Ｚ方向から試料２を撮像する第１撮像部５の画像と中心位置が一致するため、これら２つの画像の対応関係が分かりやすく、当該２つの画像を観察しながら試料２の分析位置を調整する作業などを良好に行うことができる。

第１撮像部５は、試料２からの分析光を検出部３に導くための光学系と一部共通する光学部材を用いて画像を取得する。これに対して、第２撮像部６は、試料２からの分析光を検出部３に導くための光学系とは光学部材が全く共通しないように構成することができる。そのため、第２撮像部６は、第１撮像部５と比較して焦点深度が深く、試料表面２１の広範囲にわたって倍率の小さい俯瞰画像を取得することが可能である。したがって、第１撮像部５及び第２撮像部６により撮像された倍率が大きく異なる２つの画像を用いて、試料２の分析位置を調整する作業などを良好に行うことができる。

図３は、厚み算出部１２３により試料２の厚みを算出する処理について説明するための概念図である。この図３では、第２撮像部６により撮像された画像に対して射影変換処理が行われた後の画像を想定して、第２撮像部６の載置面１１上での視野長Ｄ１と、第２撮像部６の試料表面２１上での視野長Ｄ２と、第２撮像部６の視野角θとの関係を示している。この例では、移動処理部１３０によりステージ１をＸ方向に移動させる場合について説明する。

図３からも分かるように、試料２の厚みΔＺは、下記式（１）により算出することができる。
ΔＺ＝ΔＸ×ｔａｎ（π／２−θ／２）
＝｛（Ｄ１−Ｄ２）／２｝×ｔａｎ（π／２−θ／２） ・・・（１）

ここで、移動処理部１３０による移動量Ｌ１は、移動処理部１３０によりステージ１を移動させたときの載置面１１の移動量と一致している。また、画像移動量取得部１２２により取得した移動量Ｌ２は、移動処理部１３０によりステージ１を移動させたときの試料表面２１の移動量と一致している。そのため、視野長Ｄ１と視野長Ｄ２の比は、移動量Ｌ１と移動量Ｌ２の比と一致する。この関係を用いて、上記式（１）における視野長Ｄ２を消去することにより、下記式（２）を得ることができる。
ΔＺ＝｛Ｄ１（１−Ｌ２／Ｌ１）／２｝×ｔａｎ（π／２−θ／２） ・・・（２）

上記式（２）において、視野角θ及び視野長Ｄ１は、第２撮像部６の仕様又は配置態様などに応じて取得可能であり、第２撮像部６の固有の値として上記式（２）に代入することができる。このように、第２撮像部６の固有の値（視野角θ及び視野長Ｄ１）を用いて、移動量Ｌ１と、移動量Ｌ２と、試料２の厚みΔＺとの関係を特定することができるため、移動量Ｌ１及び移動量Ｌ２のみを変数として、試料２の厚みΔＺを容易に算出することができる。

上記式（２）を用いて試料２の厚みΔＺを算出する場合、移動量Ｌ１及び移動量Ｌ２が大きい方が、試料２の厚みΔＺを精度よく算出することができる。しかし、移動量Ｌ２を取得するためには、第２撮像部６の撮像範囲内で、移動前及び移動後の画像を良好に比較することができる必要がある。そのような観点から、視野長Ｄ１に対する移動量Ｌ１の比、及び、視野長Ｄ２に対する移動量Ｌ２の比は、例えば１／１０〜１／５程度であることが好ましい。

視野角θ及び視野長Ｄ１は、移動量Ｌ１と、移動量Ｌ２と、試料２の厚みΔＺとの関係を特定可能な値の一例と言い換えることもできる。すなわち、上記のような視野角θ及び視野長Ｄ１に限らず、移動量Ｌ１と、移動量Ｌ２と、試料２の厚みΔＺとの関係を特定可能な他の値を用いて試料２の厚みΔＺを算出するような構成であってもよい。ただし、第２撮像部６の視野角θ及び視野長Ｄ１を用いれば、移動量Ｌ１と、移動量Ｌ２と、試料２の厚みΔＺとの関係を容易に特定することができるため、試料２の厚みΔＺを容易に算出することができる。

また、本実施形態では、Ｚ方向に対して傾斜した方向から第２撮像部６が試料２を撮像する構成であっても、射影変換処理を用いることにより、Ｚ方向から試料２を撮像した場合のような歪のない画像同士を比較して、当該画像の移動量Ｌ２を取得することができる。これにより、Ｚ方向に対して傾斜した方向から第２撮像部６が試料２を撮像する構成であっても、試料２の厚みΔＺを良好に算出することができる。

ただし、画像移動量取得部１２２は、射影変換処理が行われた画像に基づいて、当該画像の移動量Ｌ２を取得するような構成に限らず、第２撮像部６により撮像された画像をそのまま用いて移動量Ｌ２を取得するような構成であってもよい。この場合、射影変換処理部１２１を省略してもよいし、第２撮像部６により撮像された画像を射影変換して表示部８に表示させるためだけに、射影変換処理部１２１が用いられてもよい。

図３では、移動処理部１３０によりステージ１がＸ方向に移動される場合について示されているが、移動処理部１３０は、Ｘ方向ではなくＹ方向にステージ１を移動させるものであってもよいし、ＸＹ平面内における他の方向にステージ１を移動させるものであってもよい。また、図３に例示されるような態様で試料２の厚みΔＺを算出する場合には、少なくとも移動量Ｌ２を取得するために必要な範囲内で、試料２が一定の厚みΔＺを有していることが好ましい。

図４は、画像ずれ量算出部１２４により画像のずれ量を算出する処理について説明するための概念図である。この図４では、ＸＹ平面に対する第２撮像部６の傾斜角δと、試料２の厚みΔＺと、Ｚ方向から試料２を撮像したときの画像に対する第２撮像部６で撮像された画像のずれ量Ｋとの関係が示されている。

図４からも分かるように、ずれ量Ｋは、下記式（３）により算出することができる。
Ｋ＝ΔＺ×ｔａｎ（π／２−δ） ・・・（３）

上記式（３）において、傾斜角δは第２撮像部６の配置態様によって予め特定されるため、厚み算出部１２３により算出した試料２の厚みΔＺのみを変数として、ずれ量Ｋを容易に算出することができる。

本実施形態では、画像ずれ量算出部１２４により算出したずれ量Ｋに基づいて、画像位置補正部１２５が、第２撮像部６により撮像される画像の位置を補正する。これにより、Ｚ方向に対して傾斜した方向から第２撮像部６が試料２を撮像することにより取得された画像の中心位置Ｃ１を、Ｚ方向から試料２を撮像したときの画像の中心位置Ｃ２に合わせることができる。したがって、異なる厚みΔＺの試料２を第２撮像部６で撮像する場合であっても、簡単な処理を用いて、第２撮像部６により取得した画像の中心位置Ｃ１を一定に保つことができる。

図５は、制御部１０による処理の一例を示したフローチャートである。第２撮像部６により撮像される画像に対する第２画像処理部１２０による処理は、例えば操作部７の操作に基づいて開始される。

第２画像処理部１２０による処理が開始されると、まず、ステージ１が特定の位置にある状態で第２撮像部６が試料表面２１を撮像することにより、移動処理部１３０による移動前の画像が取得される（ステップＳ１０１）。その後、移動処理部１３０がステージ１をＸＹ平面内で一定量だけ移動させ（ステップＳ１０２）、その状態で第２撮像部６が試料表面２１を撮像することにより、移動処理部１３０による移動後の画像が取得される（ステップＳ１０３）。移動処理部１３０による移動後の画像が取得された後は、移動処理部１３０によりステージ１が元の位置に戻される（ステップＳ１０４）。

ステップＳ１０１及びステップＳ１０３で取得された２つの画像には、射影変換処理部１２１により射影変換処理が行われる（ステップＳ１０５）。そして、射影変換処理が行われた２つの画像に基づいて、画像移動量取得部１２２により画像の移動量Ｌ２が取得され（ステップＳ１０６）、この移動量Ｌ２を用いて厚み算出部１２３により試料２の厚みΔＺが算出される（ステップＳ１０７）。厚み算出部１２３による処理は、上記式（２）に例示されるような数式を用いた演算により行うことができる。

その後、厚み算出部１２３により算出された試料２の厚みΔＺを用いて、画像ずれ量算出部１２４により、Ｚ方向から試料２を撮像したときの画像に対する第２撮像部６で撮像された画像のずれ量Ｋが算出される（ステップＳ１０８）。画像ずれ量算出部１２４による処理は、上記式（３）に例示されるような数式を用いた演算により行うことができる。そして、算出されたずれ量Ｋに基づいて、第２撮像部６で取得される画像の位置を画像位置補正部１２５が補正することにより（ステップＳ１０９）、第２撮像部６で取得される画像の中心位置Ｃ１が、Ｚ方向から試料２を撮像したときの画像の中心位置Ｃ２に合わせられる。

画像位置補正部１２５による処理（ステップＳ１０９）は、第２撮像部６により取得される画像に対してリアルタイムで行われるものであってもよいし、任意のタイミングで第２撮像部６により取得された画像に対して行われるものであってもよい。

上記実施形態では、算出した試料２の厚みΔＺを用いて、画像のずれ量Ｋを算出するような構成について説明したが、算出した試料２の厚みΔＺを他の処理に用いることも可能である。例えば、ステージ１がＸＹＺステージである場合には、ステージ１をＺ方向に移動させたり、第２撮像部６の焦点を合わせたりする際に、算出した試料２の厚みΔＺを用いることも可能である。

また、第２撮像部６は、Ｚ方向から試料２を撮像することができる場合には、Ｚ方向に対して傾斜した方向から撮像するような構成に限らず、Ｚ方向から撮像するような構成であってもよい。この場合、第２撮像部６により撮像された画像に対する射影変換処理は省略することができ、移動処理部１３０による移動前及び移動後に第２撮像部６で撮像された画像をそのまま用いて、当該画像の移動量Ｌ２を画像移動量取得部１２２で取得することができる。

上記実施形態では、第１撮像部５及び第２撮像部６が備えられた構成について説明したが、第１撮像部５を省略することも可能である。通常、試料２の厚みを算出するためには２つの撮像手段が必要となるが、本発明によれば、１つの撮像手段を用いた簡単な構成で試料２の厚みを算出することができる。第１撮像部５を省略する場合、ビームスプリッタ４を省略することができ、検出部３は試料２に対してＺ方向に対向する位置に配置されてもよい。検出部３は、分析光を受光可能な部材であればよく、受光した分析光に基づいて信号を出力するものに限らない。

本発明は、赤外顕微鏡だけでなく、各種の顕微鏡に適用可能である。また、本発明は、顕微鏡などの分析機器だけでなく、分析機器以外の機器に備えられた撮像装置にも適用可能である。この場合、試料２に限らず、厚みを有する各種の対象物を撮像する場合に、本発明を適用可能である。例えば、載置面上の対象物を加工するための加工装置など、各種装置に本発明を適用することができる。

本発明に係る撮像装置の制御部１０は、顕微鏡などと一体的に構成されていてもよいし、他の装置により構成されていてもよい。また、本発明に係る撮像装置又は顕微鏡に用いられるプログラムが、これらの装置とは別個に提供されてもよい。この場合、当該プログラムを用いて制御を行うコンピュータが、撮像装置又は顕微鏡の制御装置として機能し、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。また、上記プログラムを記憶媒体に記憶した状態で提供することも可能である。

１ ステージ
２ 試料
３ 検出部
４ ビームスプリッタ
５ 第１撮像部
６ 第２撮像部
７ 操作部
８ 表示部
９ 記憶部
１０ 制御部
１１ 載置面
１２ ステージ駆動部
２１ 試料表面
１１０ 第１画像処理部
１２０ 第２画像処理部
１２１ 射影変換処理部
１２２ 画像移動量取得部
１２３ 厚み算出部
１２４ 画像ずれ量算出部
１２５ 画像位置補正部
１３０ 移動処理部
１４０ 分析処理部

Claims (6)

1. 載置面に配置された対象物の表面を撮像可能な撮像手段と、
   前記撮像手段に対する対象物の相対位置を、前記載置面に平行な方向に移動させる移動手段と、
   前記移動手段による移動前及び移動後に前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、当該画像の移動量を取得する画像移動量取得手段と、
   前記移動手段による移動量、前記画像移動量取得手段により取得した移動量、及び、これらの移動量と対象物の厚みとの関係を特定可能な前記撮像手段の視野角及び視野長に基づいて、対象物の厚みを算出する厚み算出手段とを備えたことを特徴とする撮像装置。
2. 前記撮像手段は、前記載置面に垂直な方向に対して傾斜した方向から対象物を撮像するものであり、
   前記撮像手段により撮像された画像に対して射影変換処理を行う射影変換処理手段をさらに備え、
   前記画像移動量取得手段は、前記射影変換処理が行われた画像に基づいて、当該画像の移動量を取得することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 前記厚み算出手段により算出した対象物の厚み、及び、前記撮像手段の対象物に対する傾斜角に基づいて、前記載置面に垂直な方向から対象物を撮像したときの画像に対する前記撮像手段で撮像された画像のずれ量を算出する画像ずれ量算出手段をさらに備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
4. 前記画像ずれ量算出手段により算出した前記ずれ量に基づいて、前記撮像手段により撮像される画像の位置を補正する画像位置補正手段をさらに備えたことを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 請求項１〜４のいずれかに記載の撮像装置と、
   前記載置面に配置された対象物に照射された光の反射光又は透過光を検出するための検出部とを備えたことを特徴とする顕微鏡。
6. 載置面に配置された対象物の表面を撮像可能な撮像手段と、前記撮像手段に対する対象物の相対位置を、前記載置面に平行な方向に移動させる移動手段とを備えた撮像装置に用いられるプログラムであって、
   前記移動手段による移動前及び移動後に前記撮像手段で撮像された画像に基づいて、当該画像の移動量を取得する画像移動量取得手段と、
   前記移動手段による移動量、前記画像移動量取得手段により取得した移動量、及び、これらの移動量と対象物の厚みとの関係を特定可能な前記撮像手段の視野角及び視野長に基づいて、対象物の厚みを算出する厚み算出手段としてコンピュータを機能させることを特徴とするプログラム。

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