JP5825808B2 - 撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、撮像装置に関する。

特許文献１は、顕微鏡を用いて標本（試料）を異なる解像度で観察するために、対物レンズを交換して対物レンズの倍率を変更し、小区画の画像情報を張り合わせて標本全体像を取得する方法を提案している。また、特許文献２は、高解像度で視野の大きい対物レンズを用い、撮像部に撮像素子を複数配置して高速に広域の撮像をする方法を提案している（特許文献２）。

特開平０９−２８１４０５号公報 特開２００９−００３０１６号公報

しかし、特許文献１の方法では、様々な解像度への要求に応えるためには、多くの対物レンズを準備しなければならない。特許文献２の方法では、広画角・高解像専用の光学系で比較的低解像度で標本全体の高解像画像を形成すると、撮像素子の集積度が大きすぎる場合がある。撮像素子の集積度が大きすぎると記憶容量が大きくなり、画像処理や画像転送に時間がかかったり、高コスト化を招いたりする。

また、カラー画像を得るために、例えば、ベイヤ配列のカラーの撮像素子を使用する場合、光源からの光を三種類の波長の光にわけて三種類の画素で受光するため、同一波長を受光する素子数は１／２または１／４となる。このため、カラーの撮像素子の画素数を単色の撮像素子の画素数の２倍または４倍と多くしないと同じ解像度が得られないことになる。

一方、撮像素子の画素数が増加すると、素子が微細化するため撮像素子の製造が困難になり、またノイズが増加するという問題が生じる。

そこで、本発明は、撮像光学系を交換せずに解像度の異なる撮像を短時間でかつ適切な画像データ量で行うことが可能な撮像装置を提供することを例示的な目的とする。

本発明の撮像装置は、物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、前記制御部は、前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、前記撮像装置は、前記第１の撮像モードが選択された際に前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させ、前記第２の撮像モードが選択された際に前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させる撮像ステージを更に有することを特徴とする。

本発明によれば、撮像光学系を交換せずに解像度の異なる撮像を短時間でかつ適切な画像データ量で行うことが可能な撮像装置を提供することができる。

撮像装置の構成を示す図である。（実施例１、２、３、４） 図１に示す撮像部と照明光学系の絞りの構成を示す図である。（実施例１、２） 図１に示す別の撮像部と照明光学系の絞りの構成を示す図である。（実施例３） 図１に示す別の撮像部と照明光学系の絞りの構成を示す図である。（実施例３） 図１に示す別の撮像部と照明光学系の絞りの構成を示す図である。（実施例３） 図１に示す別の撮像部と照明光学系の絞りの構成を示す図である。（実施例３） 図１に示す別の撮像部の構成を示す図である。（実施例３） １領域の画像を得るための説明図である。（実施例３） 大領域の画像を得るための説明図である。（実施例１、２、３、４） 撮像光学系と照明光学系の開口数（ＮＡ）を説明する図である。（実施例４） 撮像光学系と照明光学系の絞りを説明する図である。（実施例４） 照明光学系の絞りを説明する図である。（実施例４） 撮像光学系の絞りを説明する図である。（実施例４）

図１は、本実施形態の透過型顕微鏡を用いた撮像装置のブロック図である。撮像装置は、照明光学系１００と、標本部２００と、撮像光学系３００と、撮像素子部（撮像部）４００と、画像処理部５００と、制御部６００と、を有する。

照明光学系１００は、光源ユニット１１０と、光学系１２０と、瞳位置近傍に配置された絞り１３０と、観察面２１０近傍または観察面２１０と共役な位置に配置されたフィルタ１５０と、を有する。照明光学系１００は、光源ユニット１１０からの光を観察面２１０に導く。

光源ユニット１１０は、標本を照明する一つ以上のハロゲンランプやキセノンランプ、ＬＥＤ等で構成されている。絞り１３０は、絞り１３０を切り替えまたは交換する絞り駆動装置１４０の上に配置されている。絞り１３０は、後述するように、物体を透過した光が撮像素子部４００の一つの撮像素子に選択的に到達させるように機能することができる。フィルタ１５０は、フィルタ駆動装置１６０でフィルタ位置を駆動されるか、切り替えまたは交換できるように構成されている。

標本部２００は、標本を搭載し、不図示の標本ステージ（移動ステージ）と標本保持部を有する。標本ステージは、標本保持部を、撮像光学系３００の光軸の方向や光軸と垂直な方向に（光軸に垂直な平面内で）、もしくは光軸に対して傾くように駆動することができる。物体である標本（サンプル）を観察面２１０に一致させるように標本ステージを駆動して、照明光学系１００と撮像光学系３００と撮像部４００を用いて撮像を行う。

撮像光学系３００は、観察面２１０で照明された標本の光学像を撮像面３４０に結像（形成）し、光学系３１０と、瞳位置近傍に配置された絞り３２０と、可変開口絞り３３０と、を有する。可変開口絞り３３０は、瞳位置近傍あるいは光路中の挿入しやすい場所に設置される。撮像光学系３００は透過型光学系でも反射型光学系でもよい。

撮像部４００は、撮像光学系３００の像面に撮像素子を配置させる不図示の撮像ステージと、基板４１０と、撮像素子４２０と、を有する。撮像ステージは、例えば、細胞診モードが選択された際に撮像素子１を撮像光学系の像面に位置させ、組織診モードが選択された際に撮像素子２を撮像光学系の像面に位置させる。

撮像素子４２０は、図２（Ａ）、図３（Ａ）、図４（Ａ）、図５（Ａ）または図６（Ａ）に示すように、基板４１０上に隙間を空けて配置された２種類以上の撮像素子を有する。第１の撮像素子（撮像素子１）、第２の撮像素子（撮像素子２）などは、撮像ステージ４１０で撮像光学系３００の結像面に一致するように配置されている。撮像素子４２０の詳細は後で詳しく述べる。

撮像面３４０では、光学系３１０の視野に撮像素子４２０が入るように撮像ステージを駆動する。撮像素子４２０が受光した光は電気信号に光電変換される。

画像処理部（画像処理手段）５００は、撮像部４００の撮像素子４２０からの電気信号を不図示の記憶装置に一旦記憶し、画像合成などの画像処理を施す。画像処理では、制御部６００によって撮像素子１または撮像素子２を移動させながら物体を複数回撮像し、複数回の撮像で得られた画像を繋ぎ合せて１枚の画像を得る。

制御部６００では、撮像装置の動作などの制御、特に絞り駆動装置１４０やフィルタ駆動装置１６０、絞りやフィルタ１５０の交換または切り替え、可変絞り３３０、標本ステージや撮像ステージなどの駆動を制御している。これらの構成要素は、２つの撮像モードの間で、撮像光学系を経た光を受光する撮像素子を撮像素子１と２の間で切り替える。

撮像装置は複数の撮像モードを実行可能であり、設定した撮像モードに応じて撮像光学系を交換しないで（撮像光学系の構成を維持した状態で）撮像条件に対応した異なる解像度で撮像できる。

例えば、解像力を重視する細胞診モード（第１の撮像モード）や、解像力をそれほど必要としないが広域な画像を得る組織診モード（第２の撮像モード）、あるいは解像力を殆ど必要としない予備計測モード（第３の撮像モード）などである。制御部６００は、各撮像モードを実行可能である。

予備計測モードでは標本全体の大体の大きさや標本の光軸方向の位置を計測する。以下、予備計測モードを単に計測モードと呼ぶ。

撮像素子４２０は、図２（Ａ）などで示すように、２種類以上の異なる撮像素子で構成されている。各撮像素子は、例えば、画素ピッチの異なる、即ち、集積度の異なるものや、カラーフィルタのついた画素からなりいわゆるベイヤ配列の撮像素子とモノクロの画素からなる撮像素子であるような機能などが異なるものである。

細胞診モードは、集積度の高い撮像素子１を撮像光学系の像面に位置させた状態で撮像素子１により物体を撮像する。組織診モードは集積度の低い撮像素子２を撮像光学系の像面に位置させた状態で撮像素子２により物体を撮像する。あるいは、細胞診モードは物体を単色で撮像する、モノクロの画素からなる撮像素子１を用い、組織診モードでは物体をカラーで撮像する、同じ集積度のカラーフィルタのついた画素からなる撮像素子２を用いる。計測モードでは撮像素子１より集積度の低いモノクロの素子あるいは、撮像素子１と同等以下の集積度のカラーフィルタのついた素子からなる撮像素子３を用いる。

モノクロ画素でカラー画像を得る場合、白色光源とした光源１１０の後ろから撮像素子４２０までの間の任意の位置にカラーフィルタを挿入して波長別に受光し単色画像を得る。例えば、短波長（中心波長約４５０ｎｍ）のみが通過するフィルタを挿入して短波長（中心波長約４５０ｎｍ）の光のみを撮像素子４２０が受光するようにする。同様にして、中間波長（中心波長約５５０ｎｍ）、長波長（中心波長約６５０ｎｍ）の２波長を別々に受光する。受光した信号を伝送して単色画像として波長別に画像処理部のメモリに取り込む。これらの単色画像を画像処理で合成してカラー画像にすればよい。あるいは、波長の異なる単色光源により標本を照明し、標本からの反射光または透過光を別々に受光し、これらの単色画像を同様に画像処理で合成してカラー画像にすればよい。

撮像素子４２０の集積度を決める画素ピッチは、撮像素子４２０のＭＴＦの遮断周波数（ＭＴＦが０になる最小の周波数）が光学系の遮断周波数より大きくなるように決めるとよい。そうすると撮像光学系３００の解像性能を最大に発揮させることができる。

解像力を重視する場合には、カラー画像を得る必要があっても、モノクロの撮像素子を用いれば単色の画素ピッチが最小にできるため、モノクロの撮像素子を用いる。

サンプリング定理から、撮像素子の画素ピッチをｐとすると画素ピッチｐは次式で決定できる。ｒｃはカットオフ周波数である。想定している解像力をＲとすると、撮像素子の画素ピッチはＲより小さくしなければならない。

細胞診モードでは、光学系３１０の解像度を損なわないような細かい画素ピッチで撮像する。カットオフ周波数は撮像光学系３００の解像力の限界と等しくする。撮像光学系３００の解像力の限界は、撮像光学系３００の結像倍率Ｍ、照明光の波長λ、撮像光学系の対物レンズの開口数ＮＡ、照明光学系１００のコヒーレンスファクタσによって決まる。

撮像光学系３００の解像力の限界をＲとして数式１より撮像ピッチを求めて、この撮像ピッチを持つ撮像素子１を用いる。細胞診モードは比較的、狭い領域の画像を観察する。領域をせまくすることでメモリ容量を小さくする。

組織診モードでは、細胞診モードより開口数を小さくしして物体を撮像するため、それに応じて撮像光学系３００の解像力の限界が変わる。撮像光学系３００の開口数ＮＡによって決まる限界解像力Ｒから決まる画素ピッチの大きさをもつ撮像素子２を用いる。

計測モードでは、さらにＮＡを小さくし、必要な解像度によって決まるピッチの撮像素子３を用いる。

組織診または計測モードにおいて標本全体像を把握したい場合、撮像素子が１回で撮像できる領域を撮像した後、隣接した領域に撮像素子をずらし、順次撮像し画像を取り込んでいくことで撮像領域を大きく拡げることができる。撮像素子が１回で撮像できる領域は対物レンズの視野で決まるものである。

例えば、図９に示すように、撮像素子が１回で撮像できる領域を四角で示すが、１の位置に撮像した後、標本の位置または撮像素子の位置を相対的にずらして動かし、２，３，…９の位置を撮像し、画像を繋ぎ合わせることで広域な画像を得ることができる。

画像が広域になると画素数が増加し、画素数が大きくなると画像データの記憶容量が大きくなり、データ伝送時間が長くなる。しかし、集積度の低い撮像素子２を用いることにより、広域画像の画素数を必要十分にすることができる。

図１に示す撮像装置において、照明光学系１００からの光束は開口数ＮＡｉで照射され、撮像光学系（対物レンズ）３００にある開口数ＮＡで入射し、ＮＡ比はコヒーレンスファクタσ（＝ＮＡｉ／ＮＡ）である。対物レンズの開口数ＮＡ＝０．７５、中心波長が５５０ｎｍの白色光源を用い、σ＝０．７、倍率Ｍ＝１０の撮像装置を用いる。

細胞診モードでは撮像素子１を用いる。撮像光学系の限界解像力はＲ＝２．１６（μｍ）であるため、撮像素子１の画素ピッチＰは数式１よりＰ≦２．２（μｍ）となる。撮像素子１は画素ピッチ２．２μｍのモノクロの画素からなる。

組織診モードでは、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．４５に絞り、撮像素子２を用いる。照明光学系１００の最大の開口数ＮＡｉを０．５２５とするとσ（＝ＮＡｉ／ＮＡ）≧１であるが、σ＝１にする。対物レンズと照明光学系１００のＮＡ絞りの方法は実施例４で詳しく説明する。撮像光学系３００の限界解像力はＲ＝３．０５（μｍ）である。撮像素子２の画素ピッチＰは数式１よりＰ≦３．１（μｍ）となる。撮像素子２は画素ピッチＰ＝３．１μｍ以下のモノクロの画素からなる。

計測モードでは、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．４に絞り、撮像素子３を用いる。計測モードに必要な解像力を１０μｍとして、撮像素子３の画素ピッチＰは数式１よりＰ＝１０（μｍ）とする。撮像素子３は画素ピッチＰ＝１０μｍ以下のモノクロの画素からなる。あるいは第２の撮像素子で兼用してもよい。

カラー画像が必要な場合でも、細胞診モードではモノクロの撮像素子を用いる。カラーフィルタのついた撮像素子ではこれより画素ピッチを小さくしなければならず、ノイズなどが増えて撮像素子の性能が低下する場合があるためである。

モノクロの撮像素子でカラー画像を撮像する場合、透過する波長領域を長波長側Ｒ（赤色の光が透過）、中間波長Ｇ（緑色の光が透過）、短波長側Ｂ（青色の光が透過）のフィルタ１５０に交換して順次撮像する。

あるいは透過する波長領域を大きくしてフィルタなしに、光源１１０を波長の異なるＲＧＢ光源に変えて順次撮像してもよい。この場合、透過波長領域はカラー画像を得るには十分広域だが、撮像光学系３００の収差が劣化する短波長側や長波長側の波長を遮光するような波長特性をもっているフィルタ１５０を用いてもよい。３色の画像を撮像し別々に取得してから、これらを合成（統合）するとカラー画像が得られる。

撮像素子４２０は、図２（Ａ）に示すように、基板４１０の上に撮像素子１と撮像素子２が配置されている。あるいは、基板４１０の上に撮像素子１または撮像素子２の一方のみを設置し、これらを交換して使用してもよい。撮像素子１と撮像素子２は形状または大きさが異なってもよい。

照明光学系１００のフィルタ１５０は、図２（Ｂ）に示すように、光の透過部１５１と遮光部１５２によって構成されている。透過部１５１はある波長領域のみの光が透過できるようなカラーフィルタでもよく、撮像素子の形状に応じて標本を透過した光が一方の撮像素子のみに選択的に到達できるように構成されている。

撮像素子１と撮像素子２の撮像領域が重ならないほど十分離れているときや、撮像素子１と撮像素子２を交換して使用するようなときは、透過領域１５１のみのフィルタ１５０であってもよい。また、単色の像を撮影するような場合には、フィルタ１５０は不要である。

図２（Ａ）に示す撮像素子を、撮像モードに応じて撮像光学系３００の撮像領域Ａが撮像素子１または２の撮像面と重なるように撮像ステージを移動する。細胞診モードでは、撮像素子１のみで撮像して撮像素子２では撮像しないために、照明光学系１００からの光が撮像素子１に選択的に到達するようにフィルタ１５０を移動または選択する。他のモードでもそれぞれの撮像素子に選択的に到達する照明光のみが照明されるようにフィルタを移動または選択する。

上記の説明では撮像素子３の説明を省いたが、撮像素子２と同様である。必要とする解像度に応じて撮像素子を更に設けてもよい。

図１に示す撮像装置において、対物レンズの開口数ＮＡ＝０．７５、中心波長が５５０ｎｍの白色光源を用い、σ＝０．７、倍率Ｍ＝１０の撮像装置を用いる。

細胞診モードでは撮像素子１を用いる。撮像光学系３００の限界解像力はＲ＝２．１６（μｍ）であるため、撮像素子１の画素ピッチＰは数式１よりＰ≦２．２（μｍ）となる。撮像素子１は画素ピッチ２．２μｍのモノクロの画素からなる。

組織診モードでは、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．４５に絞り、撮像素子２を用いる。照明光学系１００の最大の開口数ＮＡｉを０．５２５とするとσ（＝ＮＡｉ／ＮＡ）≧１であるが、σ＝１にする。対物レンズと照明光学系１００のＮＡ絞りの方法は実施例４で詳しく説明する。撮像光学系３００の限界解像力はＲ＝３．０５（μｍ）である。

撮像素子１と同じ画素ピッチＰ＝２．２μｍのカラーフィルタのついたベイヤ配列の撮像素子を撮像素子２として用いる。中間波長Ｇ（緑色の光が透過）のカラーフィルタのついた画素では画素ピッチが２．２×√２＝３．１１なので、数式１の関係を満たす。

計測モードでは、画素ピッチＰ＝７μｍのカラーフィルタのついたベイヤ配列の撮像素子を撮像素子３として用いる。あるいは第２の撮像素子で兼用してもよい。

組織診モードや計測モードでは、解像度をそれほど必要としないため画素ピッチを比較的大きくでき、ベイヤ配列の撮像素子を用いても画素ピッチを小さくしなくてすむ。カラーフィルタのついた撮像素子を用いると、カラー画像が一度の撮像で得られるので撮像時間が１／３になる。

撮像素子４２０は、図２（Ａ）に示すように、基板４１０の上に撮像素子１と撮像素子２が配置されている。あるいは、基板４１０の上に撮像素子１または撮像素子２の一方のみを設置し、これらを交換して使用してもよい。撮像素子１と撮像素子２は形状または大きさが異なってもよい。

照明光学系１００のフィルタ１５０は、図２（Ｂ）に示すように、光の透過部１５１と遮光部１５２によって構成されている。透過部１５１はある波長領域のみの光が透過できるようなカラーフィルタでもよく、撮像素子の形状に応じて標本を透過した光が一方の撮像素子のみに選択的に到達できるように構成されている。

撮像素子１と撮像素子２の撮像領域が重ならないほど十分離れているときや、撮像素子１と撮像素子２を交換して使用するようなときは、透過領域１５１のみのフィルタであってもよい。また、単色の像を撮影するような場合には、フィルタは不要である。

図２（Ａ）に示す撮像素子４２０を、撮像モードに応じて撮像光学系３００の撮像領域Ａが撮像素子１または２と重なるように撮像ステージを移動する。細胞診モードでは、撮像素子１のみで撮像して撮像素子２では撮像しないために、照明光学系からの光が撮像素子１に選択的に到達するようにフィルタを移動または選択する。他のモードでもそれぞれの撮像素子に到達する照明光のみが照明されるようにフィルタを移動または選択する。

上記の説明では撮像素子３の説明を省いたが、撮像素子２と同様である。必要とする解像度に応じて撮像素子を更に設けてもよい。

図１に示す撮像装置において、撮像光学系３００は高倍率または／かつ広画角で光学系３１０の撮像領域Ａは撮像素子１つに比べて非常に大きい。撮像素子１、２、３は、図３（Ａ）に示すように、それぞれが複数個で構成されている。照射領域Ｂを限定するフィルタ１５０は、図３（Ｂ）に示すように、光の透過部１５１と遮光部１５２によって構成されている。透過部１５１はある波長領域のみの光が透過できるようなカラーフィルタでもよい。

図４（Ａ）に示すように、複数の撮像素子１および撮像素子２によって構成された撮像部は互いに隣り合って配置されていてもよい。あるいは、図３（Ａ）に示す２つの撮像素子を図７に示すように光透過物質で構成された基板４１０にそれぞれ搭載して立体的に重ねて、図４（Ａ）に示す位置関係で配置してもよい。この場合、それぞれの撮像素子の面に合焦位置を一致させるようにして、フォーカス位置を変えて撮像する。

図４（Ａ）、図５（Ａ）、図６（Ａ）のような撮像素子の構成にする場合、撮像素子２と撮像素子３は同じものでもよい。撮像素子１と撮像素子２は形状または大きさが異なってもよい（図６（Ａ））。平面上に配置できれば平面上に配置してもよい。

実施例１と同様に、撮像モードに応じて光学系の撮像領域が撮像素子１または２（または３）と重なるようにフィルタまたは撮像ステージを移動する（図３（Ａ）と図３（Ｂ）または図４（Ａ）と図４（Ｂ））。

実施例１と同様に、撮像素子１のみで撮像して他の撮像素子で撮像しない場合、標本を透過した光が撮像素子１のみに選択的に到達するようにフィルタ１５０を選択する（図３（Ｂ）または図４（Ｂ））か、フィルタを移動する（図４（Ｃ））。図３（Ａ）に示す撮像素子を使用する場合、フィルタ１５０は固定したままでいい場合もある。透過部１５１の位置関係が同じカラーフィルタに交換する場合もある。

または、撮像モードに応じて光学系３１０の撮像領域Ａが撮像素子１または２（または３）の多数と重なるように撮像ステージを移動する（図５（Ａ））。この場合、フィルタ１５０は固定したまでいい場合もある。透過部の位置関係が同じカラーフィルタに交換する場合もある（図５（Ｂ））。

フィルタ１５０は光源から撮像部までの光路のどの部分にいれてもよい。

まず、計測モードで計測してから細胞診モード、組織診モードで撮像する。

計測モードでは、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．４に絞り、撮像素子３を用いる。撮像素子３の画素ピッチＰは７μｍであり、撮像素子３はカラーフィルタのついたベイヤ配列を有する。光源１１０は白色光源を用いる。

計測モードではサンプルの存在するおおまかな３次元的な位置を計測する。図３（Ａ）または図４（Ａ）で示す撮像素子３で撮像領域に関してまばらな位置で撮像しても、大まかな２次元的な大きさがわかる。

深さ（ｚ）方向のフォーカス位置を変えて数回撮像することによって代表的な２次元（ｘ、ｙ）位置での光軸方向の座標を計測し焦点位置を推測する。ここで、「計測」とは、標本を撮像し画像を取得してから、画像を所定の手続きによりサンプルの存在するおおまかな３次元的な位置情報を得るものである。。例えば、画像の濃淡の情報や色分布の情報などを用いて標本の境界や標本内部のコントラストなどを算出する。

撮像された画像の各部分がコントラストのよいｚ方向の位置がフォーカス位置である。一般的には、標本をはさんでいるスライドガラスまたはプレパラートサンプルにはうねりがあり、標本の厚さがばらついているので（ｘ、ｙ）位置での最良なフォーカス位置は一様ではない。深さ（ｚ）方向のフォーカス位置を変えて数回撮像し、（ｘ、ｙ）位置でコントラストのよいｚ位置をフォーカス位置とする。

フォーカス位置をより精度良くするために、低ＮＡからより焦点深度の浅い高ＮＡに変えてフォーカス位置を測定してもよい。また、標本位置を撮像素子に対してずらしながら複数回の撮像を行い、取得した複数の画像を合成し、撮像領域全体をむらなくフォーカス位置を計測してもよい。更に、図９に示すように、撮像素子と標本を相対的にずらして何回か計測し、より広域のフォーカス位置を計測してもよい。サンプルの存在する３次元的な位置情報をほかの手段によって取得済みであれば、計測モードを省略してもよい。

次に、組織診モードで撮像する。組織診モードでは、対物レンズの開口数をＮＡ＝０．４５に絞り、撮像素子２を用いる。照明光学系１００の最大の開口数（ＮＡｉ）を０．５２５とするとσ（＝ＮＡｉ／ＮＡ）≧１であるが、σ＝１にする。あるいは撮像素子２と撮像素子３は同じものでもよい。

組織診モードでは、得られた最良のフォーカス位置に撮像光学系３００と標本を配置して撮像する。「最良のフォーカス位置」とは、各素子でのフォーカス位置での標本全体での平均位置としてもよいし、各素子部分でのフォーカス位置にあわせて数回撮像してベストフォーカス位置にある画像部分をつなぎ合わせてもよい。

あるいは撮像部４００または撮像光学系３００の観察面２１０の位置を複数の撮像素子がベストフォーカス位置になるようにする。そして、標本位置を撮像素子に対して光学系の撮像領域が重なるようにずらしながら複数回の撮像を行い撮像素子の隙間を埋めるようにし、取得した複数の画像を合成し、光学系３１０の撮像領域全体の画像とする。

図８はこの様子を示している。図８（Ａ）のように、たとえば、図３（Ａ）のような撮像素子を用い、１回目の撮像の後、画像データを取得する。図中、１は１回目撮像の中心位置、灰色の部分は１回目撮像で取得できる画像領域を示している。次に、図８（Ｂ）に示すように、撮像中心位置を光学系の視野内でずらし、１回目の撮像素子の隙間を埋めるように２回目の撮像をする。図中、２は２回目撮像の中心位置、２と示した四角は２回目撮像で取得できる画像領域を示している。同様に、図８（Ｃ）、（Ｄ）に示すように３回目、４回目と撮像し、画像データを取得していくと１，２，３，４の数字が記入された四角で示した領域が全て撮像される。これらを画像処理によって繋ぎ合わせ連続した画像を形成する。

予め取得した標本の２次元的な大きさの情報が光学系の視野より大きかった場合、光学系の視野の位置を変えてより広域の画像にすることもできる。すなわち、図９に示すように、光学系の視野の位置を変えることによって撮像素子と標本を相対的にずらして前に撮像された撮像領域の隣接する位置に移動する。その後、次の撮像領域全体の画像を図８で示した手順によって撮像し、これらをつなぎあわせてより広域の画像にする。組織診モードではＮＡを絞る事によって焦点深度が大きくできる効果もあるため、広域化しても焦点のあった画像を得る事が容易になる。
また、撮像素子の画素数が不必要に多すぎることもないので、広域化してもメモリの増大は必要な量に抑えられる。

次に、細胞診モードで撮像する。細胞診モードの開口数は最大にし、画素ピッチ２．２μｍのモノクロの画素からなる撮像素子１を用いる。細胞診モードでも組織診モードと同様に、最良のフォーカス位置に撮像光学系と標本を配置して単色画像を撮像する。

カラー画像が必要な場合、前述の方法でＲＧＢ単色画像を３回撮像し、これらを画像処理部で合成してカラー画像を得る。

そして、組織診モードと同様に、標本位置を撮像素子に対して光学系３１０の撮像中心位置をずらしながら複数回の撮像を行い、撮像素子の隙間を埋めるように画像を取得し、光学系の視野内の画像を取得する。そして、取得した複数の画像を画像処理によって合成し、光学系３１０の視野内の連続した画像を取得する（図８参照）。細胞診モードでは、計測モードまたは組織診モードで撮像した画像をもとに細部を観察したい部分（ｘ、ｙ）位置のみを撮像してもよい。

組織診モードのみが必要な場合は細胞診モードを省略できる。この場合、撮像素子２と撮像素子３を備えた撮像装置であればよい。細胞診モードのみが必要な場合は組織診モードを省略できる。この場合、撮像素子１と撮像素子３を備えた撮像装置であればよい。

組織診モードのＮＡは、他のＮＡにする事も可能であるし、撮像素子２を単色の撮像素子にしてＲＧＢ単色画像を３回撮像し、カラー画像を得るようにしてもよい。

図１０は、標本を照射する照明光の光束と標本から透過した光束を拡大して示す図である。図１に示す撮像装置において、照明光学系１００からの光束は開口数ＮＡｉで照射され、撮像光学系（対物レンズ）３００に開口数ＮＡで入射する。これらのＮＡ比をσという。

対物レンズに、広域で高ＮＡの反射屈折光学系を使用する場合は中抜け（ｏｂｓｃｕｒａｔｉｏｎ）と呼ばれる光軸付近の光が入射しない構造となっていることがある。このような光学系３１０は光路中に望ましくない散乱光を吸収するため撮像光学系３００の絞り３２０に中心遮光絞りを設けている。この遮光部の開口数をＮＡｏとする。

解像力やコントラスト、深度などの光学性能は、撮像光学系の開口数とコヒーレンスファクタ、すなわち照明光学系１００の開口数との関係で決まる。従って、撮像光学系３００と照明光学系１００の絞り１３０は複数のモードにとって重要である。

図１１は、照明光学系１００に設けられる複数の絞り１３０と、撮像光学系に設けられる複数の絞り３２０を示す平面図である。これらの複数の絞りは透過部と遮光部の分布が異なっている。撮像装置は、複数の絞りの一つが光路に配置されるように複数の絞りを切り替える不図示の手段を有している。

ある撮像モードに対して撮像光学系３００の絞り３２０または３３０と照明光学系の絞り１３０の好ましい組み合わせを説明する。撮像光学系３００の代表的な絞り形状を図１３に示し、照明光学系１００の代表的な絞り形状を図１２に示す。

撮像光学系３００の中心遮光絞りは図１３（Ａ）に示すような透過率分布となっている。また、照明光学系１００は絞りがないときには図１２（Ａ）に示すような遮光部のない透過率分布となっている。

細胞診モードにおいては、撮像光学系３００の開口数ＮＡを大きくし、照明光学系１００の開口数ＮＡｉを大きくする。更に、照明光学系１００を、撮像光学系３００の中抜け部分の開口数ＮＡｏよりも大きく遮光する。即ち、照明光学系１００においても開口数ＮＡｉｏ≧ＮＡｏの中抜けのある輪帯照明が好ましい（図１１（Ａ）、（Ｂ））。この場合、照明光学系１００の絞り１３０を図１２（Ｂ）または図１２（Ｃ）に示すような絞りに切り替える。

組織診モードにおいては、照明光学系１００の開口数ＮＡｉを最大にしたまま撮像光学系３００の開口数ＮＡを小さくするが、σが１を超えないようにする。更に、照明光学系１００を撮像光学系３００の中抜け部分の開口数ＮＡｏと等しく遮光する。即ち、照明光学系１００においても開口数ＮＡｉｏ＝ＮＡｏの中抜けのある輪帯照明とする（図１１（Ｃ））。

この場合、撮像光学系３００の可変絞り２１０を絞ることによって撮像光学系３００の開口数を小さくすることができる。あるいは撮像光学系３００の絞り３２０に図１３（Ｂ）に示すような透過率分布の開口絞りを設けてもよい。照明光学系１００の絞り１３０は図１２（Ｂ）に示すような絞りにする。σ（＝ＮＡｉ／ＮＡ）≧１となる場合、図１２（Ｄ）に示すようなＮＡｉの開口も同時に絞り、σ＝１にする。

計測モードにおいては、照明光学系１００の開口数ＮＡｉを最大にしたまま、撮像光学系３００の開口数ＮＡをさらに小さくするが、σが１を超えないようにする。更に、照明光学系１００を、撮像光学系３００の中抜け部分の開口数ＮＡｏと等しく遮光する。即ち、照明光学系１００においても開口数ＮＡｉｏ＝ＮＡｏの中抜けのある輪帯照明とする（図１１（Ｄ））。

この場合、撮像光学系３００の可変絞り２１０を更に絞ることによって撮像光学系３００の開口数を小さくする。あるいは撮像光学系３００の絞り３２０に図１３（Ｃ）に示すような透過率分布の絞りを設けてもよい。照明光学系１００の絞り１３０は図１２（Ｂ）に示すような絞りにする。σ（＝ＮＡｉ／ＮＡ）≧１となる場合、図１２（Ｄ）に示すようなＮＡｉの開口も同時に絞り、σ＝１にする。

撮像装置は細胞診モードのオプションとして暗視野観察（暗視野）モードを備えている。暗視野モードにおいては、照明光学系１００の開口数を、撮像光学系３００の中抜け部分の開口数ＮＡｏ以下にする。即ち、照明光学系においても開口数ＮＡｉ≦ＮＡｏの円形照明とする（図１１（Ｅ））。この場合、照明光学系の絞り１３０を、図１２（Ｅ）に示すような絞りに切り替える。

更に、撮像光学系３００の中抜け部分の開口数をもともと光学系の中抜け部分の開口数ＮＡｏよりも大きくしてもよい（図１１（Ｆ））。この場合、撮像光学系３００の絞り３２０の、図１３（Ｄ）に示すような中抜けの開口数を大きくし、遮光部を大きくする。こうすると、照明光学系１００の円形照明をより大きくできるので、照明光学系１００の絞り１３０を、図１１（Ｆ）に示すように、より透過部の大きな絞りにすることもできる。即ち、照明光学系１００からの光量を大きくすることができる。

撮像装置に撮像光学系３００の絞り３２０と可変絞り３３０を設け、絞り３２０のみか可変絞り３３０と併せて絞り形状を可変にできる駆動装置を設けている。撮像光学系３００は、絞り３２０として図１３（Ａ）を固定して可変絞り３３０によって開口を可変にする構成が望ましい。撮像光学系３００は絞り３２０に図１３（Ａ）から（Ｄ）の複数のフィルタを用意して交換または切り替えのできるように構成してもよい。照明光学系は、図１２（Ｂ）から（Ｆ）の複数のフィルタを用意して交換または切り替えのできるように構成してもよい。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は本実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。

撮像装置はデジタル顕微鏡の分野に適用することができる。

１…撮像素子（第１の撮像素子）、２…撮像素子（第２の撮像素子）、３００…撮像光学系、６００…制御部

Claims (12)

1. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記撮像装置は、前記第１の撮像モードが選択された際に前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させ、前記第２の撮像モードが選択された際に前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させる撮像ステージを更に有することを特徴とする撮像装置。
2. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記第２の撮像モードでは、前記撮像光学系の開口数を前記第１の撮像モードにおける前記撮像光学系の開口数よりも小さくして前記物体を撮像することを特徴とする撮像装置。
3. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記第１の撮像モードでは、前記照明光学系における遮光部の開口数を前記撮像光学系における遮光部の開口数以上にすることを特徴とする撮像装置。
4. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記第２の撮像モードでは、前記照明光学系における遮光部の開口数を前記撮像光学系における遮光部の開口数と同じにすることを特徴とする撮像装置。
5. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記第１の撮像モードでは、前記撮像光学系における遮光部の開口数を前記照明光学系における透過部の開口数以上にすることを特徴とする撮像装置。
6. 前記撮像光学系は可変絞りを有し、前記制御部は前記可変絞りを制御することによって前記撮像光学系における遮光部の開口数を変更することを特徴とする請求項２乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
7. 前記照明光学系は、それぞれ異なる透過部および遮光部の分布を有する複数の絞りと、前記複数の絞りの一つが光路に配置されるように前記複数の絞りを切り替えて前記照明光学系における遮光部の開口数を変更する手段と、を有することを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の撮像装置。
8. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記照明光学系は、前記物体を透過した光を前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子に選択的に到達させるフィルタを有することを特徴とする撮像装置。
9. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、を備える撮像装置であって、
   前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
   前記制御部は、
   前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
   前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
   前記照明光学系は、前記物体を透過した光を前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子に選択的に到達させるカラーフィルタを有することを特徴とする撮像装置。
10. 物体を照明する照明光学系と、前記物体の光学像を形成する撮像光学系と、第１および第２の撮像素子と、制御部と、前記物体を光軸に垂直な平面内で移動させる移動ステージと、を備える撮像装置であって、
    前記撮像光学系および前記照明光学系は、それぞれ遮光部を有し、
    前記制御部は、
    前記第１の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第１の撮像素子により前記物体を撮像する第１の撮像モードと、前記第２の撮像素子を前記撮像光学系の像面に位置させた状態で前記第２の撮像素子により前記物体を撮像する第２の撮像モードと、を実行可能であり、かつ
    前記遮光部を制御することにより、前記第１の撮像モードと前記第２の撮像モードとで、前記撮像光学系および前記照明光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能であり、
    前記第１の撮像素子または前記第２の撮像素子に対して移動させながら前記物体を複数回撮像し、前記複数回の撮像で得られた画像を繋ぎ合せて１枚の画像を得ることを特徴とする撮像装置。
11. 前記第２の撮像素子の集積度は、前記第１の撮像素子の集積度よりも小さいことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
12. 前記第１の撮像素子は前記物体を単色で撮像し、前記第２の撮像素子は前記物体をカラーで撮像することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の撮像装置。