JPWO2013084345A1 - 画像取得装置および画像取得装置の調整方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、広視野かつ高解像度の対物光学系を有する画像取得装置において、試料の表面形状にうねりがある場合でも、デフォーカスによるボケを抑制して良好なデジタル画像を取得することを目的とする。
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての画像取得装置は、被検物を保持する被検物ステージと、前記被検物の表面形状情報を取得する計測部と、前記被検物を結像する対物光学系と該対物光学系により結像された前記被検物を撮像する撮像素子とを含む顕微鏡部と、を備えており、前記計測部において、前記被検物ステージの第１ステージ傾き情報を取得し、前記顕微鏡部において、前記表面形状情報と前記第１ステージ傾き情報との関係に基づき前記被検物ステージの姿勢を調整することを特徴とする。

Description

本発明は、被検物の位置や姿勢を調整可能な機構を有する画像取得装置に関する。

病理学の分野等で、画像取得装置を用いて試料を含む被検物（プレパラート）を撮像することによりデジタル画像を取得し、そのデジタル画像を高解像度で表示装置に表示する画像取得システムが注目されている。画像取得装置では被検物を高解像度で高速に撮像することが求められており、そのためには、被検物のなるべく広い領域を高解像度で一度に撮像する必要がある。そこで、広視野かつ高解像度の対物レンズを用い、その視野内に撮像素子群を配置することにより、一度に複数の画像を撮像する顕微鏡が提案されている（特許文献１）。

しかし、画像取得装置において、組立時および設置時の誤差や温度変化に伴う構造材料の熱膨張などが生じることにより、各部材の位置が設計値に対して変動してしまう場合がある。また、対物レンズの解像度を高くすると焦点深度が浅くなってしまうため、対物レンズおよび撮像素子を含む顕微鏡部に対して被検物が傾いている場合、被検物の撮像領域内で部分的に焦点が合わなくなってしまう。よって、画像取得装置においては、フォーカスの調整をするために、顕微鏡部に対する被検物の姿勢を適切に管理する必要がある。ここで、ラインセンサまたはスライドグラスの姿勢を調整することで、ラインセンサの受光部とスライドグラスの面とを平行状態に保つことが可能な顕微鏡装置が提案されている（特許文献２）。

特開２００９−００３０１６号公報 特開２０１０−１０１９５９号公報

一般的な病理診断においては、観察対象の試料を含むプレパラートを被検物としているが、そのプレパラートの作成時にカバーグラスおよび試料が変形してしまう場合がある。試料の表面にうねりが生じて、試料の撮像領域の一部が対物レンズの焦点深度内に入りきらなくなった場合、取得画像においてデフォーカスによるボケが生じてしまう。したがって、設置誤差や温度変化等に伴う各部材の位置変動だけではなく、試料の表面形状（うねり）を考慮してプレパラートの姿勢を調整する必要がある。しかし、特許文献２に記載の方法では、スライドグラス上に配置された検出点の結像状態から検出したラインセンサの姿勢情報を基に調整を行っているため、試料の表面形状を考慮してプレパラートの調整を行うことはできない。

そこで、本発明は、広視野かつ高解像度の対物光学系を有する画像取得装置において、試料の表面形状にうねりがある場合でも、デフォーカスによるボケを抑制して良好なデジタル画像を取得することを目的とする。

上記目的を達成するための、本発明の一側面としての画像取得装置は、被検物を保持する被検物ステージと、前記被検物の表面形状情報を取得する計測部と、前記被検物を結像する対物光学系と該対物光学系により結像された前記被検物を撮像する撮像素子とを含む顕微鏡部と、を備えており、前記計測部において、前記被検物ステージの第１ステージ傾き情報を取得し、前記顕微鏡部において、前記表面形状情報と前記第１ステージ傾き情報との関係に基づき前記被検物ステージの姿勢を調整することを特徴とする。

本発明の更なる目的またはその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施例等によって明らかにされる。

本発明によれば、広視野かつ高解像度の対物光学系を有する画像取得装置において、試料の表面形状にうねりがある場合でも、デフォーカスによるボケを抑制して良好なデジタル画像を取得することができる。

本発明の実施形態に係る画像取得装置１０００の概略図。 本発明の実施形態に係るプレパラート３０の概略図。 本発明の実施形態に係る撮像ユニット５０の概略図。 本発明の実施例１に係る演算処理部４による傾き情報計測を説明する図。 本発明の実施例１に係る被検物ステージ２０の調整方法の概要図。 本発明の実施例１に係る第２計測手段９００の校正方法を説明する図。 本発明の実施例１に係る第１計測手段６００の校正方法を説明する図。 本発明の実施例２に係る顕微鏡部１および予備計測部２の配置を示す図。 本発明の実施例２に係る被検物ステージ２０の調整方法の概要図。 本発明の実施例２に係る基準プレパラート３１の概略図。 本発明の実施例２に係る校正値Ｚ０の取得方法を説明する図。 本発明の実施例２に係るフォーカスの調整方法を説明する図。 本発明の実施例２に係るプレパラート３０の撮像領域における断面図。 本発明の実施例２に係るプレパラート３０の撮像領域における断面図。

以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本実施形態に係る画像取得システム１０００の概略図である。画像取得システム１０００は、被検物の画像を取得する画像取得装置１００と、取得画像を表示する画像表示部５と、を備えている。また、画像取得装置１００は、顕微鏡部１と、予備計測部２と、広範囲撮影部３と、演算処理部４と、被検物ステージ２０と、搬入搬出装置２００とを有する。

本実施形態においては、図２に示すようなプレパラート３０を観察対象の被検物としている。プレパラート３０は、スライドグラス３０３上に配置された試料３０２（組織切片等の生体サンプルなど）が、カバーグラス３０１および接着剤３０４で密封された構成となっている。スライドグラス３０３上には、例えばスライドグラス３０３の識別番号およびカバーグラス３０１の厚さなど、プレパラート３０（試料３０２）を管理するのに必要な情報が記録されたラベル３３３が貼付されていてもよい。

以下、画像取得装置１００においてプレパラート３０の画像を取得する手順を説明する。

まず、搬入搬出装置２００において、ストッカー２０１に格納されているプレパラート３０を、不図示の搬送手段によって広範囲撮影部３の広範囲撮像台８３に搬出する。そして、広範囲撮影部３では、演算処理部４により送られる計測指令８２に応じて、広範囲撮像カメラ８０によりプレパラート３０を撮像する。この広範囲撮影部３における計測により、予備計測部２での計測や顕微鏡部１での画像取得に先立って、プレパラート３０のうち試料３０２が存在する領域（試料領域）を事前に把握することができる。なお、広範囲撮像カメラ８０は、少なくともプレパラート３０におけるカバーグラス３０１の全域を撮像できるものとする。

次に、交換ハンド３００によって、プレパラート３０を予備計測部２に位置する被検物ステージ２０に載置する。予備計測部２では、表面形状計測器９０によってプレパラート３０の表面形状を計測する。表面形状計測器９０としては、シャックハルトマンセンサ、干渉計、ラインセンサなどを用いることができる。なお、広範囲撮影部３で取得した試料領域情報８１に基づき、演算処理部４が表面形状計測器９０に対して計測指令９２を送ることにより、プレパラート３０上の試料領域の表面形状を効率的に計測することができる。

ここで、被検物ステージ２０は、プレパラート３０を保持したまま移動可能に構成されており、演算処理部４による駆動指令２２に応じて、予備計測部２と顕微鏡部１との間を移動することができる。被検物ステージ２０は、プレパラート３０をＸＹ方向に駆動するＸＹステージ２３と、プレパラート３０をＺ、θｘ、θｙ方向に駆動するＺチルトステージ２４とを含む。ここで、Ｚ方向は対物光学系４０の光軸方向、ＸＹ方向はその光軸に垂直な方向、θｘ方向はＸ軸周りの回転方向、θｙ方向はＹ軸周りの回転方向、に夫々相当する。このＸＹステージ２３およびＺチルトステージ２４によって、プレパラート３０の位置や姿勢を調整可能となる。

被検物ステージ２０においてプレパラート３０を保持する手段としては、板バネ、真空吸着、静電吸着などが挙げられる。例えば板バネを用いる場合は、プレパラート３０の非撮像領域をＺ方向から押さえるか、あるいはプレパラート３０の側面をＸＹ方向から押さえる方法が考えられる。真空吸着または静電吸着を用いる場合は、プレパラート３０の非撮像領域をプレパラート３０の裏面から吸着する方法が考えられる。これらの保持手段により、予備計測部２と顕微鏡部１との間を移動する際にも、被検物ステージ２０はプレパラート３０の保持状態を一定に保つことができる。なお、ＸＹステージ２３およびＺチルトステージ２４には、顕微鏡部１における照明ユニット１０からの光を通過させてプレパラート３０を照明するための開口が設けられている。

そして、演算処理部４の駆動指令２２によって、プレパラート３０を保持する被検物ステージ２０は、予備計測部２から顕微鏡部１に移動する。顕微鏡部１では、照明ユニット１０によってプレパラート３０を照明し、対物光学系４０を介してプレパラート３０からの光束を撮像ユニット５０上に結像することにより、プレパラート３０を撮像する。この時、広範囲撮影部３および予備計測部２の夫々により取得した試料領域情報８１および表面形状情報９１に基づき、演算処理部４が撮像ユニット５０に対して撮像指令５２を送ることによって、試料３０２の大きさや形状に応じた撮像を行うことができる。そして、顕微鏡部１において取得した撮像情報５１を、演算処理部４において処理することにより、プレパラート３０の画像を得ることができ、その画像を必要に応じて画像表示部５に表示することができる。

なお、撮像ユニット５０は、図３に示すように、少なくとも一つの撮像素子５０１を備えており、撮像素子５０１の数や配置は試料３０２の大きさや形状に応じて適宜決定することができる。また、各撮像素子５０１に駆動機構５０２を設けることにより、夫々の位置や姿勢を変更可能な構成としてもよい。この場合、各撮像素子５０１の位置および姿勢の制御は、予備計測部２で取得したプレパラート３０の表面形状情報９１に基づいて行うことができる。

以上、本実施形態に係る画像取得システム１０００の概略構成について説明した。次に、被検物ステージ２０の調整方法について、各実施例で詳細に説明する。

本実施例では、顕微鏡部１においてフォーカスの調整を行うために、各部材の位置変動や、プレパラート３０のカバーグラス３０１の表面形状に応じて、被検物ステージ２０におけるＺチルトステージ２４の姿勢を調整する場合を考える。これは、対物光学系４０を拡大系であるとした場合、カバーグラス３０１の表面形状に応じてフォーカスを合わせる際に、撮像素子５０１を駆動するよりも、被検物ステージ２０を駆動して調整した方が、駆動ストロークが少なくて済むからである。

そこで、本実施例に係る画像取得装置１００には、顕微鏡部１および予備計測部２の夫々に、Ｚチルトステージ２４の傾き情報を計測するための第１計測手段６００および第２計測手段９００を設けている。この構成により、予備計測部２においてカバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄおよびその傾き情報を求め、顕微鏡部１において近似平面Ｄが対物光学系４０の光軸に対して垂直になるように、Ｚチルトステージ２４を調整する。よって、設置誤差や温度変化等に伴う各部材の位置変動だけでなく、カバーグラス３０１の表面形状に応じてフォーカスの調整を行うことができる。

図４は、本実施例に係る演算処理部４による傾き情報計測を説明するための、画像取得装置１００の要部概略図である。図４に示すように、本実施例に係る予備計測部２は、表面形状計測器９０に対するＺチルトステージ２４の傾き情報を計測するための、第２計測手段９００を備えている。本実施例においては、第２計測手段９００として３個の第２距離センサ９０１ａ〜９０１ｃを設けている（図４では、そのうちの２つのみを図示している）。また、演算処理部４は、第１演算器４０１〜第６演算器４０６を有しており、夫々が後述する各種の演算処理を行う。なお、表面形状計測器９０、対物光学系４０および撮像ユニット５０は、設置誤差や温度変化等に伴い、設計値に対する位置変動が生じているものとする。具体的には、表面形状計測器９０の計測基準面Ａおよび対物光学系４０の撮像基準面Ｂの夫々が、設計位置に対してある角度で傾いているとしている。本実施例に係る計測基準面Ａは、表面形状計測器９０の光軸に対して垂直な平面を想定しているが、計測基準面Ａを光軸に対して所定の角度を持つように設定してもよい。また、撮像基準面Ｂは、対物光学系４０を組み立てる際に基準として用いた面であり、対物光学系４０の光軸に対して垂直な面であると想定しているため、対物光学系４０の姿勢の基準面として用いることができる。以下、具体的な被検物ステージ２０の調整方法について、図５に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

まず、予備計測部２における傾き情報計測方法について説明する。ここでは、Ｚチルトステージ２４の上面（または、それに対して平行な平面）であるステージ基準面Ｃに対するカバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄの第２被検物傾き情報（傾き情報γ）を取得する場合を考える。

初めに、ＸＹステージ２３によってプレパラート３０を予備計測部２に配置する（Ｓ１００１）。そして、予備計測部２における表面形状計測器９０によって、カバーグラス３０１の表面の表面形状情報９１を取得する（Ｓ１００２）。また、予備計測部２では、第２距離センサ９０１ａ〜９０１ｃの夫々によって、Ｚチルトステージ２４のステージ基準面Ｃまでの距離情報９０２ａ〜９０２ｃを取得する（Ｓ１００３）。さらに、第５演算器４０５において、第２距離センサ９０１ａ〜９０１ｃの夫々の位置関係および距離情報９０２ａ〜９０２ｃより、計測基準面Ａに対するステージ基準面Ｃの第１ステージ傾き情報（傾き情報α）を演算する（Ｓ１００４）。なお、傾き情報αは、Ｘ軸周りの角度αｘと、Ｙ軸周りの角度αｙとを含んでいる（図４では角度αｘを示している）。

次に、第１演算器４０１において、カバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄと、表面形状計測器９０の計測基準面Ａに対する近似平面Ｄの第１被検物傾き情報（傾き情報β）と、表面形状情報９３と、を演算する（Ｓ１００５）。近似平面Ｄは、ステップＳ１００２で取得した表面形状情報９１から、最小二乗法近似などを用いて演算することができる。なお、傾き情報βは、Ｘ軸周りの角度βｘと、Ｙ軸周りの角度βｙとを含んでいる。また、表面形状情報９３は、表面形状計測器９０の表面形状情報９１から傾き情報βを差し引くことで取得され、撮像素子５０１を調整する際に用いられる（詳細は後述）。

ここで、ステップＳ１００５で取得した傾き情報βには傾き情報αが含まれているので、第２演算器４０２により傾き情報βから傾き情報αを差し引き、ステージ基準面Ｃに対する近似平面Ｄの第２被検物傾き情報（傾き情報γ）を演算する（Ｓ１００６）。なお、傾き情報γは、Ｘ軸周りの角度γｘと、Ｙ軸周りの角度γｙとを含んでいる。以上の各ステップにより、Ｚチルトステージ２４のステージ基準面Ｃに対するカバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄの傾き情報γを取得ることができる。

なお、傾き情報γ（傾き情報αおよび傾き情報β）の正確な値を取得するためには、表面形状計測器９０および第２計測手段９００を事前に校正しておくことが望ましい。そこで、図６に示すように、表面形状計測器９０および第２距離センサ９０１ａ〜９０１ｃによって、校正原器７００における共通の平面までの距離を計測し、夫々の計測値が等しくなるように、どちらか一方あるいは両方の値にオフセット値を設定すればよい。

次に、顕微鏡部１における傾き情報計測方法および被検物ステージ２０の調整方法について説明する。

まず、ＸＹステージ２３によって、プレパラート３０を予備計測部２から顕微鏡部１へ移動する（Ｓ１００７）。図４に示すように、本実施例に係る顕微鏡部１は、対物光学系４０に対するＺチルトステージ２４の傾き情報を計測するための第１計測手段６００を備えている。なお、本実施例においては、第１計測手段６００として３個の第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃを設けている（図４では、そのうちの２つのみを図示している）。

そして、第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃにより、Ｚチルトステージ２４のステージ基準面Ｃに対する距離情報６０２ａ〜６０２ｃを取得する（Ｓ１００８）。また、第４演算器４０４において、第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃの夫々の位置関係および距離情報６０２ａ〜６０２ｃより、撮像基準面Ｂに対するステージ基準面Ｃの第２ステージ傾き情報（傾き情報θ）を演算する（Ｓ１００９）。なお、傾き情報θは、Ｘ軸周りの角度θｘと、Ｙ軸周りの角度θｙを含んでいる。

ここで、図４に示すように、Ｚチルトステージ２４は顕微鏡部１において、第１制御系７０１によりフィードバック制御されている。そして、第１制御系７０１では、近似平面Ｄの傾き情報γをステージ基準面Ｃの傾き情報θの目標値として用いており、第３演算器４０３において、傾き情報θを傾き情報γと等しくするための駆動指令２１を演算する（Ｓ１０１０）。この駆動指令２１を、Ｚチルトステージ２４の駆動手段（不図示）に対して与えることにより、近似平面Ｄが、対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対して平行（対物光学系４０の光軸に対して垂直）となるように位置決めされる（Ｓ１０１１）。

なお、傾き情報θの正確な値を取得するためには、第１計測手段６００を事前に校正しておくことが望ましい。そこで、図７に示すように、精度が保証された校正治具８００を対物光学系４０の撮像基準面Ｂに付き当てる。そして、３個の第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃの距離情報６０２ａ〜６０２ｃが、事前に計測しておいた校正治具８００の高さＬと同じ値を出力するように、距離情報６０２ａ〜６０２ｃにオフセット値を加える。これにより、３個の第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃは、対物光学系４０の撮像基準面Ｂからの絶対距離を計測できるように校正される。

以上、Ｚチルトステージ２４を調整することにより、カバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄを対物光学系４０の光軸に対して垂直に位置決めすることができる。すなわち、各部材の設置誤差や温度変化等に伴う各部材の位置変動だけでなく、カバーグラス３０１の表面形状に応じて、顕微鏡部１におけるフォーカスの調整を行うことができる。これにより、デフォーカスによるボケを抑制することができ、良好なデジタル画像を取得することができる。

実施例１では、被検物ステージ２０におけるＺチルトステージ２４の姿勢を調整することによって、プレパラート３０におけるカバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄを、対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対して平行となるように位置決めした。ここで、より高精度なフォーカス位置調整を行う必要がある場合や、プレパラート３０におけるカバーグラス３０１の厚さを考慮した場合は、被検物ステージ２０の姿勢に加えＺ方向およびＸＹ方向の位置調整を行うことが好ましい。そこで、本実施例では、プレパラート３０の厚さに応じて、対物光学系４０とプレパラート３０の撮像対象面との距離を制御し、プレパラート３０の撮像対象面をベストフォーカス位置に位置決めする。

具体的には、実施例１で対物光学系４０に取り付けた３個の第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃのうちの一つ（６０１ａ）をフォーカス調整用センサとして用い、プレパラート３０のフォーカス位置調整を行う。このフォーカス位置調整を行ってから、実施例１と同様の方法で被検物ステージ２０を調整することによって、より高精度なフォーカス位置調整を行うことができる。なお、本実施例において、実施例１と同一または同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。

本実施形態に係る画像取得装置１００では、予備計測部２でプレパラート３０の計測などを行なってから、被検物ステージ２０によりプレパラート３０を顕微鏡部１まで移動し、その画像を取得するという動作を行う。そのため、効率よくフォーカス位置調整を行うためには、被検物ステージ２０の移動経路上（表面形状計測器９０と対物光学系４０との間）に第１距離センサ６０１ａを配置することが望ましい。そこで、本実施例に係る第１距離センサ６０１ａは、図８に示す＋Ｚ方向から見て、表面形状計測器９０の中心（光軸）と対物光学系４０の中心（光軸）とを結ぶ直線Ｅ上に配置されているとする。このような構成により、被検物ステージ２０の移動距離を最短にすることができ、画像取得装置１００の全体のスループットを向上させることができる。

なお、第１距離センサ６０１ａの位置が直線ＥからＸ方向に大きく外れた場合、Ｘ方向に大きな可動範囲を持ったＸＹステージ２３が必要になる。よって、ＸＹステージ２３のＸ方向の可動範囲を増やさず、かつスループットを落とさないようにするために、直線Ｅから第１距離センサ６０１ａまでの距離を、ＸＹステージ２３のＸ方向の可動範囲の半分以下にすることが望ましい。例えば、プレパラート３０において、長い辺がＪＩＳ規格の７６ｍｍであるスライドグラスを使用する場合、そのスライドグラスの全面の画像を取得するためには、ＸＹステージ２３のＸ方向の可動範囲は７６ｍｍあればよい。すなわち、直線Ｅを基準とした場合、ＸＹステージ２３の可動範囲は、＋Ｘ方向および−Ｘ方向の夫々が７６ｍｍの半分の３８ｍｍあれば十分となる。よって、この場合、表面形状計測器９０の中心と対物光学系４０の中心を結ぶ直線Ｅから第１距離センサ６０１ａまでの水平方向の距離を、３８ｍｍ以下の、プレパラート３０の撮像領域に応じた値に設定することが望ましい。

以下、本実施例における画像取得装置１００のフォーカスの調整方法について、図９に示すフローチャートを用いて詳細に説明する。

カバーグラス３０１の厚さを考慮してプレパラート３０のフォーカス位置調整を行うためには、設置誤差や温度変化等による各部材の位置変動による影響を予め校正しておくことが望ましい。そこで、本実施例では、図１０に示すような基準プレパラート３１を用いて、Ｚチルトステージ２４のＺ方向の位置の校正値を取得し、その校正値に基づいてプレパラート３０のフォーカス位置調整を行う。なお、基準プレパラート３１の表面はうねりの影響が無くなるように研磨されており、対物光学系４０の合焦状態を確認できるように、例えば図１０で示した格子模様などが描画されていることが望ましい。また、ここでは、各部材の位置変動の有無にかかわらず、Ｚチルトステージ２４が駆動する方向をＺ方向と呼ぶこととする。

まず、図１１Ａを参照して、基準プレパラート３１を用いて校正値Ｚ０を取得するステップ（Ｓ２０００）を説明する。

初めに、基準プレパラート３１をＺチルトステージ２４に設置し、実施例１と同様の調整方法によってＺチルトステージ２４の姿勢を調整する。すなわち、予備計測部２において取得した基準プレパラート３１の傾き情報γに基づいて、基準プレパラート３１の近似平面Ｄが対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対して平行になるように、Ｚチルトステージ２４の位置決めを行う。図１１Ａの左図は、顕微鏡部１において、基準プレパラート３１の近似平面Ｄ（不図示）が対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対して平行になるように位置決めされた状態を示している。

なお、基準プレパラート３１の表面が平坦であり、うねりによる影響を無視できる程度の平面度を有する場合は、近似平面Ｄを演算する必要はなく、基準プレパラート３１の表面そのものを近似平面Ｄと置き換えて考えることができる。さらに、基準プレパラート３１の表面が平坦で、かつステージ基準面Ｃと平行であるとみなせる場合は、予備計測部２にて基準プレパラート３１の傾き情報γを取得する必要はない。その場合は、顕微鏡部１において、Ｚチルトステージ２４のステージ基準面Ｃが対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対して平行となるように調整すればよい。

次に、Ｚチルトステージ２４をＺ方向に駆動して画像取得を複数回行い、取得した画像から基準プレパラート３１のベストフォーカス位置を求める。そして、図１１Ａの中央図に示すように、基準プレパラート３１の撮像領域がベストフォーカス位置に一致するように、Ｚチルトステージ２４を位置決めする。

さらに、基準プレパラート３１の姿勢およびＺ方向の位置を変化させずにＸＹステージ２３のみを駆動して、基準プレパラート３１の撮像領域内の中心点Ｐがフォーカス調整用センサとしての第１距離センサ６０１ａの計測位置となるように位置決めする。そして、図１１Ａの右図に示すように、第１距離センサ６０１ａにより中心点Ｐまでの距離を計測し、この値を校正値Ｚ０として記憶する。なお、実施例１と同様に、対物光学系４０の撮像基準面Ｂからの絶対距離を計測するように第１距離センサ６０１ａを校正しておいてもよい。その場合、校正値Ｚ０の値は、対物光学系４０の撮像基準面Ｂから、ベストフォーカス位置における基準プレパラート３１の中心点Ｐまでの距離となる。以上のように、ステップＳ２０００で校正値Ｚ０を取得した後、観察対象のプレパラート３０をＺチルトステージ２４に設置し、実施例１と同様に傾き情報γを演算する（Ｓ２００１〜Ｓ２００６）。

次に、図１１Ｂを参照して、プレパラート３０の表面をベストフォーカス位置に位置決めする方法を説明する。

まず、プレパラート３０をＺチルトステージ２４に設置し、図１１Ｂの左図に示すように、プレパラート３０表面の撮像領域内の中心点Ｐ´が、第１距離センサ６０１ａの計測位置になるように、ＸＹステージ２３を位置決めする（Ｓ２００７）。さらに、図１１Ｂの中央図で示すように、第１距離センサ６０１ａにより計測した中心点Ｐ´までの距離Ｚが、予め取得しておいた校正値Ｚ０と等しくなるように、Ｚチルトステージ２４を位置決めする。最後に、図１１Ｂの右図に示すように、ＸＹステージ２３を駆動してプレパラート３０を撮像位置に移動することにより、中心点Ｐ´を対物光学系４０のベストフォーカス位置に位置決めすることができる。

本実施例のように、プレパラート３０を被検物とする場合、その撮像領域において観察対象となる撮像対象面は、図１２Ａに示すような試料３０２の表面（カバーグラス３０１の下面）となる。ところが、第１距離センサ６０１ａが計測する距離Ｚ１は、カバーグラス３０１の上面までの距離である。よって、撮像対象面内の点Ｐ１をベストフォーカス位置に位置決めするためには、カバーグラス３０１の厚さｔを考慮してＺチルトステージ２４の調整を行う必要がある。そこで、ステップＳ２００７でＸＹステージ２３を移動した後に、第１距離センサ６０１ａによってカバーグラス３０１の上面の点Ｐ２（点Ｐ１の直上）までの距離Ｚ１を計測する（Ｓ２００８）。そして、Ｚ１＋ｔ＝Ｚ０となるようにＺチルトステージ２４を駆動し、プレパラート３０を位置決めする（Ｓ２００９）。その後、ＸＹステージ２３を駆動して、プレパラート３０を撮像位置に移動することにより、撮像対象面内の点Ｐ１を対物光学系４０のベストフォーカス位置に位置決めすることができる（Ｓ２０１０）。

ここで、撮像対象面内の点Ｐ１のＸＹ方向の位置を決定する方法について説明する。図１２Ｂに示すように、プレパラート３０の撮像対象面はカバーグラス３０１の下面に密着しているので、この撮像対象面の形状はカバーグラス３０１の下面の形状と同様であると考えられる。そこで、本実施例では、カバーグラス３０１の表面形状に基づいて撮像対象面内の点Ｐ１の位置を決定する。まず、実施例１と同様に、ステップＳ２００５で第１演算器４０１によってカバーグラス３０１の近似平面Ｄを演算する際に、図１２Ｂに示すような、カバーグラス３０１の上面と近似平面Ｄとの交点Ｐ３を演算しておく。そして、撮像対象面の形状がカバーグラス３０１の表面形状と同様であると考えられることから、交点Ｐ３のＸＹ方向の位置を点Ｐ１のＸＹ方向の位置として取得する。以上の処理により、撮像対象面内の点Ｐ１の位置が決定される。なお、点Ｐ１が撮像対象面の中心からずれている場合は、そのずれ量に応じて、第１距離センサ６０１ａの計測位置から対物光学系４０の下の撮像位置にプレパラート３０を移動する際の、ＸＹステージ２３の駆動量を調整することが望ましい。

本実施例では、上述した方法で撮像対象面内の点Ｐ１を対物光学系４０のベストフォーカス位置に位置決めした後に、さらにカバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄが対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対して平行（光軸に対して垂直）になるように位置決めする。すなわち、実施例１におけるステップＳ１００８およびＳ１００９と同様の方法で、対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対する、Ｚチルトステージ２４のステージ基準面Ｃの傾き情報θを演算する（Ｓ２０１１およびＳ２０１２）。ここで、顕微鏡部１におけるＺチルトステージ２４の姿勢の調整を行う際に、位置決めされた撮像対象面内の点Ｐ１が、ベストフォーカス位置からずれないようにすることが望ましい。そのため、第３演算器４０３において、撮像対象面内の点Ｐ１がベストフォーカス位置を維持したままＺチルトステージ２４の位置を制御するように、第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃの距離情報６０２ａ〜６０２ｃに応じて駆動指令２１を演算する（Ｓ２０１３）。そして、傾き情報θが傾き情報γと等しくなるように、駆動指令２１に応じてＺチルトステージ２４の位置を制御する（Ｓ２０１４）。

以上、被検物ステージ２０の調整により、カバーグラス３０１の表面の近似平面Ｄを対物光学系４０の光軸に対して垂直に位置決めし、かつプレパラート３０の撮像対象面内の点Ｐ１を対物光学系４０のベストフォーカス位置に位置決めすることができる。すなわち、設置誤差や温度変化等に伴う各部材の位置変動や、カバーグラス３０１の表面形状に応じて、顕微鏡部１におけるフォーカスの調整を行うことができる。これにより、デフォーカスによるボケを抑制することができ、良好なデジタル画像を取得することができる。

その他の実施例

以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
例えば、実施例１および２において、被検物ステージ２０の調整のみによってフォーカスの調整を行っているが、カバーグラス３０１の細かいうねりに対しては、さらに撮像ユニット５０における撮像素子５０１を駆動してフォーカスの調整を行ってもよい。この場合、図５のステップＳ１００５または図９のステップＳ２００５において取得した表面形状情報９３に基づいて、第６演算器４０６により駆動指令５３を演算する（Ｓ１０１２または２０１５）。そして、各撮像素子５０１に対して駆動指令５３を与え、その駆動指令５３に応じて駆動機構５０２を駆動することにより、カバーグラス３０１の表面形状に応じて各撮像素子５０１を位置決めすることができる（Ｓ１０１３または２０１６）。このように、被検物ステージ２０および撮像素子５０１を調整することにより、プレパラート３０の撮像領域の全域でフォーカスの合った画像を取得することができる。

また、いずれの実施例においても、第２計測手段９００として第２距離センサ９０１ａ〜９０１ｃを、第１計測手段６００として第１距離センサ６０１ａ〜６０１ｃを設けているが、夫々の計測手段はこの構成に限らない。すなわち、計測手段の計測情報によって上述した夫々の傾き情報を取得できればよいので、各距離センサの数を３個に限る必要はなく、また、計測手段として距離センサ以外のセンサを用いてもよい。

なお、実施例１では、対物光学系４０の撮像基準面Ｂに対するＺチルトステージ２４の基準平面Ｃの傾き情報θの目標値として傾き情報γを用いているが、カバーグラス表面の形状に応じてより適切な目標値を設定してもよい。

本発明は上記実施の形態に制限されるものではなく、本発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、本発明の範囲を公にするために以下の請求項を添付する。

１００ 画像取得装置
１ 顕微鏡部
２ 予備計測部
４ 演算処理部
２０ 被検物ステージ
３０ 被検物
４０ 対物光学系
９１ 表面形状情報
５０１ 撮像素子

Claims (15)

1. 被検物を保持する被検物ステージと、
   前記被検物の表面形状情報を取得する計測部と、
   前記被検物を結像する対物光学系と該対物光学系により結像された前記被検物を撮像する撮像素子とを含む顕微鏡部と、
   を備える画像取得装置であって、
   前記計測部において、前記被検物ステージの第１ステージ傾き情報を取得し、
   前記顕微鏡部において、前記表面形状情報と前記第１ステージ傾き情報との関係に基づき前記被検物ステージの姿勢を調整する
   ことを特徴とする画像取得装置。
2. 前記表面形状情報に基づいて前記被検物の表面の近似平面を演算する演算処理部を備え、
   前記顕微鏡部において、前記近似平面および前記第１ステージ傾き情報との関係に基づき、前記近似平面が前記対物光学系の光軸に対して垂直になるように前記被検物ステージの姿勢を調整することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記演算処理部は、
   前記表面形状情報に基づいて前記近似平面の第１被検物傾き情報を演算する処理と、
   前記第１ステージ傾き情報および前記第１被検物傾き情報に基づいて前記近似平面の第２被検物傾き情報を演算する処理と、
   前記顕微鏡部における前記被検物ステージの第２ステージ傾き情報が前記第２被検物傾き情報と等しくなるように、前記被検物ステージの姿勢を調整するための駆動指令を演算する処理と、
   を行うことを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
4. 前記第１被検物傾き情報は、前記計測部の計測基準面に対する前記近似平面の傾き情報であり、前記第２被検物傾き情報は、前記被検物ステージに対する前記近似平面の傾き情報であって、
   前記第１ステージ傾き情報は、前記計測基準面に対する前記被検物ステージの傾き情報であり、前記第２ステージ傾き情報は、前記対物光学系の光軸に垂直な撮像基準面に対する前記被検物ステージの傾き情報である
   ことを特徴とする請求項３に記載の画像取得装置。
5. 前記顕微鏡部は、前記被検物ステージの上面までの距離を計測する第１距離センサを有しており、該第１距離センサは、前記撮像基準面からの距離を計測するようにオフセットが与えられていることを特徴とする請求項４に記載の画像取得装置。
6. 前記第１距離センサを複数備えており、該複数の第１距離センサのうちの１つは、前記対物光学系と前記計測部との間に配置されるフォーカス調整用センサであることを特徴とする請求項５に記載の画像取得装置。
7. 前記被検物は、カバーグラスと該カバーグラスに接する試料とを含み、
   前記フォーカス調整用センサは、前記撮像基準面から、前記カバーグラスの表面と前記近似平面との交点までの距離情報を計測し、
   該距離情報と前記カバーグラスの厚さとの和が、前記撮像基準面から前記対物光学系のベストフォーカス位置までの距離と等しくなるように、前記被検物ステージの位置を調整することを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
8. 前記対物光学系の光軸と前記計測部の光軸とを結ぶ直線と、前記フォーカス調整用センサが配置される位置と、の水平方向の距離は、該直線に垂直な方向における前記被検物ステージの可動範囲の半分以下であることを特徴とする請求項６または７に記載の画像取得装置。
9. 前記計測部は、前記表面形状情報を取得する表面形状計測器と、前記被検物ステージの上面までの距離を計測する第２距離センサと、を有しており、該表面形状計測器および該第２距離センサは、夫々が共通の平面を計測するようにオフセットが与えられていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項記載の画像取得装置。
10. 前記顕微鏡部は、前記撮像素子の位置および姿勢の少なくとも一方を変更可能な駆動機構を有することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の画像取得装置。
11. 前記顕微鏡部は、前記撮像素子を複数有することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の画像取得装置。
12. 被検物を被検物ステージの上面に配置する工程と、
    計測部において、前記被検物の表面形状情報と、前記被検物ステージの第１ステージ傾き情報と、を取得する工程と、
    顕微鏡部において、前記表面形状情報と前記第１ステージ傾き情報との関係に基づき前記被検物ステージの姿勢を調整する被検物ステージ調整工程と、
    を有することを特徴とする画像取得装置の調整方法。
13. 前記表面形状情報に基づいて前記被検物の表面の近似平面を演算するステップと、前記被検物ステージに対する前記近似平面の第２被検物傾き情報を取得するステップと、を含む傾き情報計測工程を有しており、
    前記被検物ステージ調整工程は、前記顕微鏡部の光軸に垂直な撮像基準面に対する前記被検物ステージの第２ステージ傾き情報が前記第２被検物傾き情報と等しくなるように、前記被検物ステージの姿勢を調整する工程であることを特徴とする請求項１２に記載の画像取得装置の調整方法。
14. 前記傾き情報計測工程は、
    前記計測部の計測基準面に対する前記近似平面の第１被検物傾き情報を取得するステップと、
    前記第１ステージ傾き情報および前記第１被検物傾き情報に基づいて前記第２被検物傾き情報を取得するステップと、
    を含むことを特徴とする請求項１３に記載の画像取得装置の調整方法。
15. 前記撮像基準面から、前記被検物に含まれるカバーグラスの表面と前記近似平面との交点までの距離情報を計測し、該距離情報と該カバーグラスの厚さとの和が、前記撮像基準面から前記顕微鏡部のベストフォーカス位置までの距離と等しくなるように、前記被検物ステージの位置を調整する工程を有することを特徴とする請求項１３または１４に記載の画像取得装置の調整方法。

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