JPWO2017060954A1 - 撮像装置 - Google Patents
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Abstract
撮像装置は、照明と、ステージと、複数のマイクロレンズと、撮像素子と、制御部とを有する。前記制御部は、第1の状態と第2の状態とが実現されるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御する。前記第1の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第1の角度と、前記第2の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第2の角度とが異なる。
Description
本発明は、撮像装置に関する。
複数のマイクロレンズが配置されたレンズアレーを用いた撮像装置が開示されている。例えば、特許文献1では、レンズアレーを有し、かつ生体を撮像する生体認証装置が開示されている。このような撮像装置に用いられるマイクロレンズは、同じ開口数(NA)を持つ通常のレンズと比較して、焦点距離が短く、かつワーキングディスタンスが小さい。このため、装置の薄型化が可能であるという利点がある。
レンズアレーに用いられる撮像装置における像の形成について説明する。光源から発生した光は、サンプルによって吸収および散乱される。サンプルを透過した光は、ステージを透過する。ステージを透過した光は、マイクロレンズによって集光される。マイクロレンズを透過した光は、撮像素子に入射し、かつ撮像素子の撮像面にサンプルの像が形成される。
マイクロレンズの光軸に直交する2つの軸がX軸およびY軸と定義される場合、各マイクロレンズによって撮像素子に投影される像はX方向とY方向とに反転される。撮像素子から出力された画像信号が処理されることにより、各マイクロレンズによって投影された像がX方向とY方向とに反転され、かつそれぞれの像が繋ぎ合わされる。これによって、反転していないサンプルの像が取得される。
複数のマイクロレンズのそれぞれが像を形成する。2つの隣接するマイクロレンズによって形成される2つの像が重なる場合、画像信号の処理によって、重なった2つの像を分離することができない。
得られる情報量が多くなるためには、マイクロレンズの倍率が高いことが望ましい。また、得られる情報量が多くなるためには、2つの隣接するマイクロレンズによって撮像素子に投影される2つの像の間に生じる隙間が小さいことが望ましい。
一方、マイクロレンズの倍率が1倍よりも大きい場合、サンプルの一部の領域からの光が複数のマイクロレンズに入射しない。このため、サンプルの一部の領域の像が撮像素子に投影されない。上記の事情を考慮すると、マイクロレンズの倍率が1倍であることが望ましい。また、複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影される複数の像のそれぞれが重ならず、かつ複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影される複数の像の間に隙間が生じないように複数のマイクロレンズが配置されることが望ましい。これによって、サンプルの像が効率良く取得される。
マイクロレンズとサンプルとの距離またはマイクロレンズと撮像素子との距離が変化することにより、マイクロレンズによって形成される像の大きさが変化する。像の大きさの変化により、複数の像の重なりまたは複数の像の間の隙間が生じる可能性がある。
図19は、2つの隣接するマイクロレンズによって形成された像が重なる例を示している。図19では、照明1020と、サンプル1090と、マイクロレンズ1040と、撮像素子1050との断面が示されている。照明1020から発生した光はサンプル1090に照射される。便宜のため、サンプル1090の領域を示す文字(A,B,C,D,E,F,G,H)が示されている。サンプル1090を透過した光はマイクロレンズ1040に入射する。図19では、2つの隣接するマイクロレンズ1040に光が入射する様子が示されている。
2つのマイクロレンズ1040を透過した光は、撮像素子1050に投影される。2つのマイクロレンズ1040によって撮像素子1050に投影された像が撮像素子1050の下に模式的に示されている。サンプル1090の領域(A,B,C,D,E)からの光が入射する左側のマイクロレンズ1040によって像IMG11が形成される。サンプル1090の領域(D,E,F,G,H)からの光が入射する右側のマイクロレンズ1040によって像IMG12が形成される。撮像素子1050において、像IMG11と像IMG12との一部が重なる。つまり、像IMG11においてサンプル1090の領域(A,B)からの光によって形成される部分と、像IMG12においてサンプル1090の領域(G,H)からの光によって形成される部分とが重なる。このため、画像信号において、これらの領域の情報が失われる。図19では、便宜のため、像IMG11と像IMG12との位置が縦にずれているが、実際には像IMG11と像IMG12との一部が重なる。
本発明は、サンプルの良好な画像信号を得ることができる撮像装置を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様によれば、撮像装置は、照明と、ステージと、複数のマイクロレンズと、撮像素子と、制御部とを有する。前記照明は、光を発生する。前記ステージは、サンプルが配置され、かつ前記照明からの前記光を透過する。前記複数のマイクロレンズは、2次元に配置され、かつ前記サンプルおよび前記ステージを透過した前記光を集光する。前記撮像素子は、前記複数のマイクロレンズを通過した前記光が入射し、かつ前記光に基づく画像信号を出力する。前記制御部は、第1の状態と第2の状態とが実現されるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御する。前記第1の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第1の角度と、前記第2の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第2の角度とが異なる。
本発明の第2の態様によれば、第1の態様において、前記照明は、平行光を発生してもよい。
本発明の第3の態様によれば、第1の態様において、前記制御部は、2つ以上の前記マイクロレンズの中心を通る面に平行な方向における前記複数のマイクロレンズの位置を制御してもよい。
本発明の第4の態様によれば、第1の態様において、前記照明は、光源と、絞りとを有してもよい。前記光源は、前記光を発生する。前記絞りは、前記光源と前記サンプルとの間に配置され、かつ開口部を有する。前記制御部は、前記第1の状態と前記第2の状態とで前記開口部の位置が異なるように前記絞りの位置を制御してもよい。
本発明の第5の態様によれば、第1の態様において、前記照明は、光源と、複数の液晶素子とを有してもよい。前記光源は、前記光を発生する。前記複数の液晶素子は、前記光源と前記サンプルとの間に2次元に配置され、かつ前記光を透過する透過状態と前記光を遮断する遮断状態とになる。前記制御部は、前記第1の状態では、第1の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第1の領域と異なる第2の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御してもよい。前記制御部は、前記第2の状態では、前記第1の領域と異なる第3の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第3の領域と異なる第4の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御してもよい。
本発明の第6の態様によれば、第1の態様において、前記制御部は、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との両方を制御してもよい。
本発明の第7の態様によれば、第1の態様において、前記制御部は、前記第1の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出してもよい。前記制御部は、前記第2の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出してもよい。前記制御部は、算出された位置に基づいて、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御してもよい。
本発明の第8の態様によれば、第1の態様において、前記制御部は、前記画像信号に基づいて、前記サンプルにおける撮像領域を判断してもよい。前記制御部は、第1の撮像領域と第2の撮像領域とが異なるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御してもよい。前記第1の撮像領域は、前記第1の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域である。前記第2の撮像領域は、前記第2の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域である。
上記の各態様によれば、第1の状態で複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の第1の角度と、第2の状態で複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の第2の角度とが異なる。これによって、撮像装置は、サンプルの良好な画像信号を得ることができる。
図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図1は、本発明の実施形態の撮像装置10の構成を示している。図1に示すように、撮像装置10は、照明20と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50と、制御部60とを有する。さらに、撮像装置10は、照明駆動部70とレンズ駆動部80とを有する。図1では、照明20と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明20が配置される第1の面101に垂直である。
照明20は、光を発生する。照明20は、第1の面101に配置され、かつ第1の面101から光を発生する。図1では、第1の面101の断面が破線で示されている。
例えば、照明20は、拡散光を発生する。照明20は、平行光を発生してもよい。例えば、照明20に使用される光源は、LD(Laser Diode)、LED(Light Emitting Diode)、およびハロゲンランプである。照明20に使用される光源は、これら以外の光源であってもよい。照明20に使用される光源が発生する光の波長に制限はない。
ステージ30は、サンプル90が配置され、かつ照明20からの光を透過する。ステージ30は、サンプル90が配置される第2の面102を有する。照明20からの光は第2の面102を透過する。例えば、第2の面102は、第1の面101と平行である。
例えば、ステージ30は、ガラスまたはアクリルで構成される。ステージ30は、サンプル90を保持することができ、かつ光を透過する材料で構成されていればよい。
複数のマイクロレンズ40は、2次元に配置され、かつサンプル90およびステージ30を透過した光を集光する。図1では、代表として1つのマイクロレンズ40の符号が示されている。例えば、2つ以上のマイクロレンズ40の中心(主点)は、第3の面103に配置される。つまり、第3の面103は、2つ以上のマイクロレンズ40の中心を通る面である。第3の面103は、複数のマイクロレンズ40が配置された2次元方向に平行である。例えば、第3の面103は、第1の面101または第2の面102と平行である。図1では、第3の面103の断面が破線で示されている。
例えば、1つの基体に対して複数のマイクロレンズ40がアレイ状に形成されている。基体と複数のマイクロレンズ40とは一体化されている。複数のマイクロレンズ40のそれぞれが独立的に形成されていてもよい。例えば、マイクロレンズ40の形状は円である。マイクロレンズ40の形状は、三角形、四角形、および六角形等の多角形であってもよい。
一般的に、マイクロレンズ40には収差がある。マイクロレンズ40によって形成される像の周辺部では、収差の影響により、シェーディングと歪みとが発生する。マイクロレンズ40によって形成される像の中心部では、シェーディングと歪みとの影響が低減された良好な像が得られる。
複数のマイクロレンズ40を通過した光が撮像素子50に入射する。撮像素子50は、その光に基づく画像信号を出力する。撮像素子50は、複数のマイクロレンズ40を通過した光が入射する複数の画素が配置された第4の面104(撮像面)を有する。複数の画素のそれぞれは、複数の画素のそれぞれに入射した光に基づく画像信号を出力する。
例えば、撮像素子50は、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)またはCCD(Charge−Coupled Device)が搭載されたイメージセンサである。
ステージ30とサンプル90とは、照明20と複数のマイクロレンズ40との間に配置される。複数のマイクロレンズ40は、ステージ30と撮像素子50との間に配置される。
制御部60は、第1の状態と第2の状態とが実現されるように、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を制御する。第1の状態で複数のマイクロレンズ40のそれぞれに入射する光の第1の角度と、第2の状態で複数のマイクロレンズ40のそれぞれに入射する光の第2の角度とが異なる。
マイクロレンズ40に入射する光の角度は、第1の面101における照明20の中心(重心)とマイクロレンズ40の中心(主点)とを通る直線が第3の面103と交わる角度である。第1の面101における照明20の中心(重心)は、マイクロレンズ40に入射する光が発生する領域の中心(重心)である。第1の面101における照明20の中心(重心)は、照明20の全体の中心(重心)とは限らない。
例えば、制御部60は、照明20からの光の照射位置を制御する。つまり、制御部60は、第1の面101に平行な方向に照明20を移動させる。これによって、制御部60は、第1の面101に平行な方向における照明20の位置を制御する。制御部60は、第1の面101に平行な方向に、照明20に含まれる一部の素子のみを移動させてもよい。これによって、制御部60は、第1の面101に平行な方向における、照明20に含まれる一部の素子の位置を制御してもよい。制御部60は、照明20に含まれる一部の素子の状態を変化させることにより、第1の面101に平行な方向に照明20の発光領域を移動させてもよい。これによって、制御部60は、第1の面101に平行な方向における照明20の発光領域の位置を制御してもよい。
あるいは、制御部60は、複数のマイクロレンズ40の位置を制御する。つまり、制御部60は、第3の面103に平行な方向に複数のマイクロレンズ40を移動させる。これによって、制御部60は、第3の面103に平行な方向における複数のマイクロレンズ40の位置を制御する。
あるいは、制御部60は、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との両方を制御する。つまり、制御部60は、第1の面101に平行な方向に照明20を移動させ、かつ第3の面103に平行な方向に複数のマイクロレンズ40を移動させる。これによって、制御部60は、第1の面101に平行な方向における照明20の位置と、第3の面103に平行な方向における複数のマイクロレンズ40の位置とを制御する。照明20の位置の制御は、照明20に含まれる一部の素子の位置の制御であってもよい。照明20の位置の制御は、照明20に含まれる一部の素子の状態の制御による照明20の発光領域の位置の制御であってもよい。
制御部60は、第1の状態で生成された第1の画像信号と、第2の状態で生成された第2の画像信号とを合成することにより、サンプル90の画像信号を生成する。このとき、制御部60は、第1の画像信号に基づく第1の画像において、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する領域を切り出す。つまり、制御部60は、撮像素子50の撮像面の全体に対応する第1の画像信号から、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する第1の画像信号を生成する。同様に、制御部60は、第2の画像信号に基づく第2の画像において、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する領域を切り出す。つまり、制御部60は、撮像素子50の撮像面の全体に対応する第2の画像信号から、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する第2の画像信号を生成する。制御部60は、上記の処理によって、2つの隣接するマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される2つの像の間に生じる隙間の影響を低減することができる。
複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する領域が切り出されるとき、制御部60は、各マイクロレンズ40によって形成された像の一部に対応する領域を切り出してもよい。つまり、制御部60は、各マイクロレンズ40によって形成された像のうち合成に必要な像に対応する領域を切り出してもよい。例えば、制御部60は、各マイクロレンズ40によって形成された像のうち他のマイクロレンズ40によって形成された像と重なる領域以外の領域を切り出す。あるいは、制御部60は、各マイクロレンズ40によって形成された像のうち中央部のみの像の領域を切り出す。制御部60は、切り出された領域に対応する第1の画像信号と第2の画像信号とを合成する。
例えば、制御部60は、CPU等のプロセッサを含む。制御部60は、特定用途向け集積回路(ASIC)等のハードウェアを含んでもよい。制御部60は、画像信号を処理する画像処理回路を含んでもよい。あるいは、撮像装置10は、制御部60から独立した画像処理回路を有してもよい。
照明駆動部70は、第1の面101に平行な方向に照明20を移動させる。レンズ駆動部80は、第3の面103に平行な方向に複数のマイクロレンズ40を移動させる。照明駆動部70とレンズ駆動部80とは、制御部60によって制御される。制御部60は、照明駆動部70を介して照明20からの光の照射位置を制御する。制御部60は、レンズ駆動部80を介して複数のマイクロレンズ40の位置を制御する。撮像装置10は、照明駆動部70とレンズ駆動部80との一方のみを有してもよい。
照明駆動部70とレンズ駆動部80とは、モーターの回転方向の力をボールねじ等により直線方向の力に変換する。例えば、照明駆動部70とレンズ駆動部80とに使用されるモーターは、ステッピングモーターおよびブラシレスモーターである。照明駆動部70とレンズ駆動部80とに使用されるモーターは、これら以外のモーターであってもよい。
図2は、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影された像を示している。複数のマイクロレンズ40が2次元に配置されているため、複数のマイクロレンズ40によって投影された複数の像が2次元に配置されている。図2では、2つの隣接するマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される2つの像の間に隙間が生じている。
複数のマイクロレンズ40によって形成される像の大きさがその像のピッチよりも小さい場合、撮像素子50の撮像面において、光が当たらない隙間が像と像との間に生じる。この隙間に配置された画素から出力された画像信号には像の情報が含まれない。制御部60は、撮像素子50の撮像面の全体に対応する画像信号から、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する画像信号を生成することによって、隙間の影響を低減することができる。
複数のマイクロレンズ40によって形成される像の大きさがその像のピッチよりも大きい場合、撮像素子50の撮像面において、複数の像が重なる。複数の像が重なる部分に配置された画素から出力された画像信号では、それぞれの像の情報が混合する。制御部60は、これらの混合した情報を分離することができない。つまり、制御部60は、複数の像が重なる部分の画像信号からサンプル90の情報を取得することができない。
図3と図4とは、第1の状態と第2の状態とにおける撮像装置10の状態を示している。図3は第1の状態の例であり、かつ図4は第2の状態の例である。図3と図4とでは、照明20と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明20が配置される第1の面101に垂直である。図3と図4とでは、第1の面101に平行な方向に照明20が移動する例が示されている。
図3に示すように、第1の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第1の角度は、θ1である。図4では、照明20が左側に移動した後の状態が示されている。照明20が移動することによって、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化する。図4に示すように、第2の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第2の角度は、θ2である。第1の角度θ1と第2の角度θ2とは互いに異なる。マイクロレンズ40に入射する光の角度は、第1の面101における照明20の中心(重心)とマイクロレンズ40の中心(主点)とを通る直線が第3の面103と交わる角度である。
図3と図4とでは、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ40に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。
図5は、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の変化を示している。図5では、照明20と、サンプル90と、マイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。照明20から発生した光はサンプル90に照射される。便宜のため、サンプル90の領域を示す文字(A,B,C,D,E,F,G,H)が示されている。サンプル90を透過した光はマイクロレンズ40に入射する。図5では、1つのマイクロレンズ40に光が入射する様子が示されている。
マイクロレンズ40を透過した光は、撮像素子50に投影される。マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影された像が撮像素子50の下に模式的に示されている。第1の状態における照明20とそのときの光束とが破線で示されている。第2の状態における照明20とそのときの光束とが実線で示されている。
第1の状態においてサンプル90の領域(D,E,F,G,H)からの光がマイクロレンズ40に入射することにより、像IMG1が形成される。サンプル90の領域(B,C,D,E,F)からの光がマイクロレンズ40に入射することにより、像IMG2が形成される。像IMG1においてサンプル90の領域(D)の像は、像IMG1の周辺部にある。一方、像IMG2においてサンプル90の領域(D)の像は、像IMG2の中央部にある。サンプル90の領域(G,H)の像は、像IMG1に含まれるが、像IMG2に含まれない。サンプル90の領域(B,C)の像は、像IMG2に含まれるが、像IMG1に含まれない。つまり、マイクロレンズ40に入射する光の角度が変化することにより、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。制御部60が複数のマイクロレンズ40の位置を制御することにより、第1の状態においてマイクロレンズ40によって形成された像の周辺部と、第2の状態においてそのマイクロレンズ40によって形成された像の中央部とが一致する。
像IMG1において、サンプル90の領域(D)の像は収差の影響を受ける。一方、像IMG2において、サンプル90の領域(D)の像に対する収差の影響は低減されている。
例えば、制御部60は、像IMG1に対応する画像から、像IMG1の中央部にあるサンプル90の領域(E,F,G)の像を切り出す。同様に、制御部60は、像IMG2に対応する画像から、像IMG2の中央部にあるサンプル90の領域(C,D,E)の像を切り出す。サンプル90の領域(E)の像が重なるように、切り出された2つの像を合成することにより、制御部60は、サンプル90の領域(C,D,E,F,G)の像を得ることができる。制御部60は、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって撮像素子50に投影された像を合成することにより、サンプル90の領域(A,B,C,D,E,F,G,H)の像を得ることができる。
上記のように、照明20が移動することによって、複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。
第3の面103に平行な方向に複数のマイクロレンズ40が移動してもよい。図6と図7とは、第1の状態と第2の状態とにおける撮像装置10の状態を示している。図6は第1の状態の例であり、かつ図7は第2の状態の例である。図6と図7とでは、照明20と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明20が配置される第1の面101に垂直である。図6と図7とでは、第3の面103に平行な方向に複数のマイクロレンズ40が移動する例が示されている。
図6に示すように、第1の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第1の角度は、θ3である。図7では、複数のマイクロレンズ40が右側に移動した後の状態が示されている。複数のマイクロレンズ40が移動することによって、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化する。図7に示すように、第2の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第2の角度は、θ4である。第1の角度θ3と第2の角度θ4とは互いに異なる。マイクロレンズ40に入射する光の角度は、第1の面101における照明20の中心(重心)とマイクロレンズ40の中心(主点)とを通る直線が第3の面103と交わる角度である。
図6と図7とでは、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ40に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。
図8は、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の変化を示している。図8では、照明20と、サンプル90と、マイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。照明20から発生した光はサンプル90に照射される。便宜のため、サンプル90の領域を示す文字(A,B,C,D,E,F,G,H)が示されている。サンプル90を透過した光はマイクロレンズ40に入射する。図8では、1つのマイクロレンズ40に光が入射する様子が示されている。
マイクロレンズ40を透過した光は、撮像素子50に投影される。マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影された像が撮像素子50の下に模式的に示されている。第1の状態におけるマイクロレンズ40とそのときの光束とが破線で示されている。第2の状態におけるマイクロレンズ40とそのときの光束とが実線で示されている。
第1の状態においてサンプル90の領域(B,C,D,E,F)からの光がマイクロレンズ40に入射することにより、像IMG3が形成される。サンプル90の領域(D,E,F,G,H)からの光がマイクロレンズ40に入射することにより、像IMG4が形成される。像IMG3においてサンプル90の領域(F)の像は、像IMG3の周辺部にある。一方、像IMG4においてサンプル90の領域(F)の像は、像IMG4の中央部にある。サンプル90の領域(B,C)の像は、像IMG3に含まれるが、像IMG4に含まれない。サンプル90の領域(G,H)の像は、像IMG4に含まれるが、像IMG3に含まれない。つまり、マイクロレンズ40に入射する光の角度が変化することにより、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。制御部60が照明20からの光の照射位置を制御することにより、第1の状態においてマイクロレンズ40によって形成された像の周辺部と、第2の状態においてそのマイクロレンズ40によって形成された像の中央部とが一致する。
像IMG3において、サンプル90の領域(F)の像は収差の影響を受ける。一方、像IMG4において、サンプル90の領域(F)の像に対する収差の影響は低減されている。
例えば、制御部60は、像IMG3に対応する画像から、像IMG3の中央部にあるサンプル90の領域(C,D,E)の像を切り出す。同様に、制御部60は、像IMG4に対応する画像から、像IMG4の中央部にあるサンプル90の領域(E,F,G)の像を切り出す。サンプル90の領域(E)の像が重なるように、切り出された2つの像を合成することにより、制御部60は、サンプル90の領域(C,D,E,F,G)の像を得ることができる。制御部60は、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって撮像素子50に投影された像を合成することにより、サンプル90の領域(A,B,C,D,E,F,G,H)の像を得ることができる。
上記のように、複数のマイクロレンズ40が移動することによって、複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。
照明20が移動する必要はない。電気配線が施された照明20が固定されることにより、故障のリスクが低減する。
照明20は、平行光を発生してもよい。この場合、照明20と複数のマイクロレンズ40との距離の変化に関わらず、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の大きさは一定である。このため、照明20とマイクロレンズ40との距離の調整が簡略化される。照明20が平行光を発生する場合、複数のマイクロレンズ40の移動により、第1の状態と第2の状態とが実現される。
制御部60は、照明20と複数のマイクロレンズ40との両方を移動させてもよい。この場合、照明20と複数のマイクロレンズ40との移動時間と移動距離とが削減される。
図9と、図10と、図11とを参照して、照明20からの光の照射位置または複数のマイクロレンズ40の位置を決定する方法を説明する。図9と、図10と、図11とでは、照明20と、サンプル90と、マイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、マイクロレンズ40の中心を通る。
サンプル90の厚さが大きい場合、マイクロレンズ40の光軸方向に焦点を移動させながらサンプル90を観察する必要がある。サンプル90とマイクロレンズ40との距離を変えることにより、撮像装置10は、マイクロレンズ40の光軸方向に焦点を移動させることができる。
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の大きさφ3は、式(1)により算出される。式(1)において、φ1は照明20の径である。φ2はマイクロレンズ40の径である。L1は照明20とマイクロレンズ40との距離である。L2はマイクロレンズ40と撮像素子50との距離である。fはマイクロレンズ40の焦点距離である。
図9では、照明20の径φ1と、マイクロレンズ40の径φ2と、像の大きさφ3との関係が示されている。また、図9では、照明20とマイクロレンズ40との距離L1と、マイクロレンズ40と撮像素子50との距離L2との関係が示されている。
式(1)は、1次元における像の大きさφ3を示している。制御部60は、式(1)を2次元に適用することにより、2次元における像の大きさを算出する。照明20が平行光を発生する場合、式(1)における照明20の径φ1は、マイクロレンズ40の径φ2と等しい。
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の中心(重心)位置C3は、式(2)により算出される。式(2)において、C1は照明20の中心(重心)位置である。C2はマイクロレンズ40の中心(主点)位置である。L1は照明20とマイクロレンズ40との距離である。L2はマイクロレンズ40と撮像素子50との距離である。
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の中心位置C3に対応するサンプル90の中心(重心)位置C4は、式(3)により算出される。式(3)において、C1は照明20の中心(重心)位置である。C2はマイクロレンズ40の中心(主点)位置である。L3は照明20とサンプル90との距離である。L4はサンプル90とマイクロレンズ40との距離である。
図10では、照明20の中心位置C1と、マイクロレンズ40の中心位置C2と、像の中心位置C3と、サンプル90の中心位置C4との関係が示されている。また、図10では、照明20とマイクロレンズ40との距離L1と、マイクロレンズ40と撮像素子50との距離L2と、照明20とサンプル90との距離L3と、サンプル90とマイクロレンズ40との距離L4との関係が示されている。像の中心位置C3とサンプル90の中心位置C4とは、照明20の中心位置C1とマイクロレンズ40の中心位置C2とを通る直線上にある。
式(2)は、1次元における像の中心位置C3を示している。制御部60は、式(2)を2次元に適用することにより、2次元における像の中心位置を算出する。照明20が平行光を発生する場合、式(2)における照明20の中心位置C1は、マイクロレンズ40の中心位置C2と等しい。
式(3)は、1次元におけるサンプル90の中心位置C4を示している。制御部60は、式(3)を2次元に適用することにより、2次元におけるサンプル90の中心位置を算出する。照明20が平行光を発生する場合、式(3)における照明20の中心位置C1は、マイクロレンズ40の中心位置C2と等しい。
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像の大きさφ3に対応するサンプル90の大きさφ4は、式(4)により算出される。式(4)において、φ1は照明20の径である。φ2はマイクロレンズ40の径である。L3は照明20とサンプル90との距離である。L4はサンプル90とマイクロレンズ40との距離である。
図11では、照明20の径φ1と、マイクロレンズ40の径φ2と、像の大きさφ3と、サンプル90の大きさφ4との関係が示されている。また、図11では、照明20とマイクロレンズ40との距離L1と、マイクロレンズ40と撮像素子50との距離L2と、照明20とサンプル90との距離L3と、サンプル90とマイクロレンズ40との距離L4との関係が示されている。サンプル90の大きさφ4は、大きさφ3の像を撮像素子50に投影するための光束が透過するサンプル90の領域の大きさである。
式(4)は、1次元におけるサンプル90の大きさφ4を示している。制御部60は、式(4)を2次元に適用することにより、2次元におけるサンプル90の大きさを算出する。照明20が平行光を発生する場合、式(4)における照明20の径φ1は、マイクロレンズ40の径φ2と等しい。
式(1)から(4)によって算出される大きさと中心位置とは、サンプル90に影響されない。
制御部60は、像の中心位置C3と像の大きさφ3とを算出することにより、像が投影される撮像素子50の領域を算出することができる。制御部60は、サンプル90の中心位置C4とサンプル90の大きさφ4とを算出することにより、撮像素子50に投影される像に対応するサンプル90の領域を算出することができる。つまり、制御部60は、サンプル90の領域と、像が投影される撮像素子50の領域との位置関係を判別することができる。制御部60は、この位置関係に基づいて、撮像素子50の所定の領域の画素から出力された画像信号に対応するサンプル90の領域を判断する。
制御部60は、複数のマイクロレンズ40のそれぞれに対して、式(1)から(4)による計算を行う。制御部60は、計算結果に基づいて、2つの隣接するマイクロレンズ40によって投影される2つの像が撮像素子50において重なるか否かを判断する。2つの像が重なる場合、制御部60は、2つの像が重なる部分に対応するサンプル90の領域を判断する。制御部60は、2つの像が重なる部分の画像信号からサンプル90の情報を取得することができず、かつ2つの像が重ならない部分の画像信号からサンプル90の情報を取得することができる。制御部60は、2つの隣接するマイクロレンズ40のそれぞれに対して上記の処理を繰り返すことにより、情報を取得することができるサンプル90の領域と、情報を取得することができないサンプル90の領域とを判断する。
中心位置C1と中心位置C2との少なくとも1つが変更され、かつ上記の処理が行われる。中心位置C1は、照明20からの光の照射位置に対応する。中心位置C2は、複数のマイクロレンズ40の位置に対応する。制御部60は、第1の状態における照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を算出する。制御部60は、第2の状態における照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を算出する。制御部60は、算出された位置に基づいて、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を制御する。つまり、制御部60は、照明20からの光の照射位置が、第1の状態と第2の状態とのそれぞれに対して算出された位置となるように照明20を移動させる。あるいは、制御部60は、複数のマイクロレンズ40の位置が、第1の状態と第2の状態とのそれぞれに対して算出された位置となるように複数のマイクロレンズ40を移動させる。
制御部60は、第1の状態と第2の状態とを含む複数の状態における照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を算出する。制御部60は、それぞれの状態に対して算出された位置に基づいて、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を制御する。
第1の状態と第2の状態とを含む複数の状態において、距離L1と、距離L2と、距離L3と、距離L4との少なくとも1つが変更されてもよい。
第1の状態と第2の状態とを含む複数の状態において画像信号が取得される。サンプル90の所定の領域の画像信号が取得されるように、上記の処理が繰り返される。サンプル90の所定の領域は、サンプル90の全体の領域またはサンプル90において観察対象である一部の領域である。上記のように、制御部60は、サンプル90の領域と、像が投影される撮像素子50の領域との位置関係に基づいて、生成された画像信号に対応するサンプル90の領域を判断する。
制御部60は、サンプル90のそれぞれの領域が、複数のマイクロレンズ40の少なくとも1つによって形成された像に含まれるように、照明20または複数のマイクロレンズ40を移動させる。2つの隣接するマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される2つの像が重なる場合、制御部60は、2つの像が重なる領域が像の中央部に含まれるように照明20または複数のマイクロレンズ40を移動させる。
制御部60は、画像信号の合成の際、撮像素子50の撮像面の全体に対応する画像信号から、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する画像信号を生成する。2つの隣接するマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される2つの像の間に隙間がある場合、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応する画像信号が生成されることにより、隙間の影響は低減される。2つの隣接するマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される2つの像が重なる場合、制御部60は、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像のうち2つの像が重なる領域以外の領域に対応する画像信号を生成する。例えば、制御部60は、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像の中央部の領域に対応する画像信号を生成する。
上記の処理により、制御部60は、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像に対応し、かつサンプル90のそれぞれの領域に対応する画像信号を生成する。制御部60は、サンプル90のそれぞれの領域に対応する画像信号を合成することにより、サンプル90の所定の領域の画像信号を取得する。
マイクロレンズ40によって形成される像の周辺部では、収差の影響により、品質が悪い。マイクロレンズ40によって形成される像の中心部では、良好な像が得られる。このため、像の重なりによらず、制御部60は、撮像素子50の撮像面の全体に対応する画像信号から、複数のマイクロレンズ40のそれぞれによって形成された像の中央部の領域に対応する画像信号を生成してもよい。制御部60は、マイクロレンズ40の径φ2として実際の径よりも小さい径を式(1)と式(4)とに適用してもよい。これによって、制御部60は、良好な画像を取得することができる撮像素子50の領域と、その領域に対応するサンプル90の領域とを算出することができる。
図12を参照して、画像信号の取得方法を説明する。以下では、複数のマイクロレンズ40が移動する場合の例を説明する。図12は、マイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像に対応するサンプル90の領域を示している。図12では、サンプル90の一部のみが示されている。
複数のマイクロレンズ40の配列方向にX軸Ax1とY軸Ay1とが設定される。X軸Ax1とY軸Ay1とは互いに垂直に設定されなくてもよい。領域Sa1と領域Sb1と領域Sc1と領域Sd1とは、最初に画像信号が取得されるときのサンプル90の初期領域である。領域Sa1は、マイクロレンズAによって撮像素子50に投影される像に対応するサンプル90の領域である。マイクロレンズAは、複数のマイクロレンズ40のいずれか1つである。領域Sb1は、マイクロレンズBによって撮像素子50に投影される像に対応するサンプル90の領域である。マイクロレンズBは、X軸Ax1の方向にマイクロレンズAに隣接するマイクロレンズ40である。領域Sc1は、マイクロレンズCによって撮像素子50に投影される像に対応するサンプル90の領域である。マイクロレンズCは、Y軸Ay1の方向にマイクロレンズAに隣接するマイクロレンズ40である。領域Sd1は、マイクロレンズDによって撮像素子50に投影される像に対応するサンプル90の領域である。マイクロレンズDは、X軸Ax1の方向にマイクロレンズCに隣接するマイクロレンズ40である。
マイクロレンズAによって撮像素子50に投影される像に基づく画像信号の取得方法を主に説明する。以下の説明は、マイクロレンズBとマイクロレンズCとマイクロレンズDとを含む他のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像に基づく画像信号の取得方法に適用できる。説明の便宜のため、サンプル90の領域が複数段に分割される。
サンプル90の1段目の領域の画像信号の取得のため、複数のマイクロレンズ40が初期位置に配置される。領域Sa1と領域Sb1と領域Sc1と領域Sd1とを含む複数の領域の像に対応する画像信号が取得される。その後、制御部60は、X軸Ax1と平行な方向に複数のマイクロレンズ40を移動させる。この間、画像信号の取得が1回以上行われる。マイクロレンズAによって集光される光が透過するサンプル90の領域が領域Sb1と重なったとき、画像信号の取得が停止される。これによって、サンプル90の1段目の領域の画像信号の取得が終了する。
サンプル90の2段目の領域の画像信号の取得のため、複数のマイクロレンズ40が初期位置と異なる位置に配置される。これによって、サンプル90の領域Sa2を透過する光がマイクロレンズAに入射し、かつサンプル90の領域Sb2を透過する光がマイクロレンズBに入射する。領域Sa2は、領域Sa1からY軸Ay1と平行に領域Sc1の方向に1領域の径とほぼ同じ距離だけ離れた領域である。領域Sb2は、領域Sb1からY軸Ay1と平行に領域Sd1の方向に1領域の径とほぼ同じ距離だけ離れた領域である。
領域Sa1と領域Sb1と領域Sc1と領域Sd1とを含む複数の領域の像に対応する画像信号が取得される。その後、制御部60は、X軸Ax1と平行な方向に複数のマイクロレンズ40を移動させる。この間、画像信号の取得が1回以上行われる。マイクロレンズAによって集光される光が透過するサンプル90の領域が領域Sb2と重なったとき、画像信号の取得が停止される。これによって、サンプル90の2段目の領域の画像信号の取得が終了する。
上記の方法と同様の方法により、サンプル90の3段目等の領域の画像信号が取得される。マイクロレンズAによって集光される光が透過するサンプル90の領域が領域Sc1と重なったとき、全ての必要な画像信号の取得が終了する。図12に示す例では、サンプル90の2段目の領域の画像信号の取得が終了することにより、全ての必要な画像信号の取得が終了する。
例えば、複数のマイクロレンズ40の移動と同時に画像信号が取得される。あるいは、複数のマイクロレンズ40が所定距離だけ移動した後、複数のマイクロレンズ40が静止した状態で画像信号が取得されてもよい。
上記の方法に従うことにより、撮像装置10は、サンプル90の像に基づく画像信号を効率的に取得することができる。
制御部60は、複数のマイクロレンズ40の初期位置を把握している。制御部60は、マイクロレンズAの位置がマイクロレンズBの初期位置であるか否かを判断することにより、サンプル90のそれぞれの段の領域の画像信号の取得が終了するタイミングを判断することができる。
制御部60は、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影された像に対応する画像信号に基づいて、サンプル90のそれぞれの段の領域の画像信号の取得が終了するタイミングを判断してもよい。例えば、制御部60は、画像信号における像の不連続性または輝度に基づいて、マイクロレンズAによって撮像素子50に投影された像が、初期位置のマイクロレンズBによって撮像素子50に投影された像と同一であるか否かを判断する。2つの像が同一である場合、サンプル90のそれぞれの段の領域の画像信号の取得が終了する。
マイクロレンズ40の倍率が1倍以下である場合、マイクロレンズ40によって像が投影される撮像素子50の領域が、その像に対応するサンプル90の領域よりも小さい。マイクロレンズ40の倍率が1倍以下である場合、複数のマイクロレンズ40によって形成される複数の像のそれぞれが重ならない。したがって、マイクロレンズ40の倍率が1倍以下であり、かつ複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影された像に基づく画像信号が撮像素子50の撮像面の全体で取得された場合、サンプル90の全ての領域に対応する画像信号が取得される。
マイクロレンズ40の倍率が1倍以下である場合、第1の状態と第2の状態とを含む複数の状態で画像信号が取得される。それぞれの状態で画像信号が取得された撮像素子50の撮像面の領域の集合が撮像素子50の撮像面の全体と一致する場合、サンプル90の全ての領域に対応する画像信号の取得が終了する。制御部60は、式(1)と式(2)とのみに基づいて、撮像素子50の撮像面の全ての領域に像が投影されるように、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を算出する。つまり、制御部60は、式(1)と式(2)とのみに基づいて、照明20の径φ1と照明20の中心位置C1とを算出する。あるいは、制御部60は、式(1)と式(2)とのみに基づいて、マイクロレンズ40の径φ2とマイクロレンズ40の中心位置C2とを算出する。マイクロレンズ40の倍率が1倍以下である場合、式(3)と式(4)とに基づく計算は不要である。
制御部60は、式(1)から(4)を使用せずに、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を制御してもよい。つまり、制御部60は、画像信号に基づいて、サンプル90における撮像領域を判断してもよい。制御部60は、第1の撮像領域と第2の撮像領域とが異なるように、照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との少なくとも一方を制御してもよい。第1の撮像領域は、第1の状態において複数のマイクロレンズ40のそれぞれに入射する光が透過したサンプル90における撮像領域である。第2の撮像領域は、第2の状態において複数のマイクロレンズ40のそれぞれに入射する光が透過したサンプル90における撮像領域である。
例えば、制御部60は、画像信号における像の不連続性または輝度に基づいて、複数の像において同一の領域を判断する。同時に取得された複数の像において重なる領域がある場合、制御部60は、それぞれの像に対応する画像信号から、2つの像が重なる領域以外の領域に対応する画像信号を生成する。制御部60は、サンプル90のそれぞれの領域が、複数のマイクロレンズ40の少なくとも1つによって形成された像に含まれるように、照明20と複数のマイクロレンズ40との少なくとも一方を移動させる。
本発明の各態様の撮像装置は、照明駆動部70とレンズ駆動部80との少なくとも一方に対応する構成を有していなくてもよい。本発明の各態様の撮像装置は、第1の状態と第2の状態とのそれぞれに対応する画像信号を取得できればよい。撮像装置の外部の装置が、第1の状態で生成された第1の画像信号と、第2の状態で生成された第2の画像信号とを合成してもよい。したがって、本発明の各態様の撮像装置は、第1の画像信号と第2の画像信号との合成を行わなくてもよい。
本発明の実施形態では、第1の状態で複数のマイクロレンズ40のそれぞれに入射する光の第1の角度と、第2の状態で複数のマイクロレンズ40のそれぞれに入射する光の第2の角度とが異なる。これによって、撮像装置10は、サンプル90の任意の領域が、複数のマイクロレンズ40の少なくとも1つによって形成された像に含まれるようにサンプル90の撮像領域を設定することができる。したがって、撮像装置10は、サンプル90の良好な画像信号を得ることができる。
照明20が平行光を発生する場合、照明20とマイクロレンズ40との距離の調整が簡略化される。
マイクロレンズ40が移動し、照明20が固定される場合、故障のリスクが低減する。
制御部60が照明20からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ40の位置との両方を制御する場合、照明20とマイクロレンズ40との移動時間と移動距離とが削減される。
(第1の変形例)
本発明の実施形態の第1の変形例を説明する。図13は、第1の変形例の撮像装置11の構成を示している。図13に示すように、撮像装置11は、照明21と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50と、制御部60とを有する。さらに、撮像装置11は、照明駆動部70とレンズ駆動部80とを有する。図13では、照明21と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明21が配置される第1の面101に垂直である。
本発明の実施形態の第1の変形例を説明する。図13は、第1の変形例の撮像装置11の構成を示している。図13に示すように、撮像装置11は、照明21と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50と、制御部60とを有する。さらに、撮像装置11は、照明駆動部70とレンズ駆動部80とを有する。図13では、照明21と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明21が配置される第1の面101に垂直である。
図13に示す構成について、図1に示す構成と異なる点を説明する。撮像装置11において、撮像装置10における照明20が照明21に変更される。照明21は、光源210と絞り211とを有する。
光源210は、光を発生する。光源210は、固定されていてもよい。絞り211は、光源210とサンプル90との間に配置され、かつ開口部212を有する。絞り211は、第1の面101に配置され、かつ第1の面101に開口部212を有する。光源210からの光は、開口部212を通過する。開口部212を通過した光は、サンプル90に照射される。制御部60は、第1の状態と第2の状態とで開口部212の位置が異なるように絞り211の位置を制御する。第1の状態と第2の状態とでは、第1の面101に平行な方向における開口部212の位置が異なる。制御部60は、第1の面101に平行な方向における絞り211の位置を制御する。
上記の点以外の点については、図13に示す構成は、図1に示す構成と同様である。
図14と図15とは、第1の状態と第2の状態とにおける撮像装置11の状態を示している。図14は第1の状態の例であり、かつ図15は第2の状態の例である。図14と図15とでは、照明21と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明21が配置される第1の面101に垂直である。図14と図15とでは、第1の面101に平行な方向に絞り211が移動する例が示されている。
図14に示すように、第1の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第1の角度は、θ5である。図15では、絞り211が右側に移動した後の状態が示されている。絞り211が移動することによって、絞り211の開口部212が移動する。このため、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化する。図15に示すように、第2の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第2の角度は、θ6である。第1の角度θ5と第2の角度θ6とは互いに異なる。マイクロレンズ40に入射する光の角度は、第1の面101における開口部212の中心(重心)とマイクロレンズ40の中心(主点)とを通る直線が第3の面103と交わる角度である。
図14と図15とでは、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ40に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。
撮像装置11において、開口部212は、絞り211の中央部に配置されている。しかし、開口部212が配置される位置は、絞り211の中央部に限らない。
上記のように、絞り211が移動することによって、複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。光源210が移動する必要はない。電気配線が施された光源210が固定されることにより、故障のリスクが低減する。
(第2の変形例)
本発明の実施形態の第2の変形例を説明する。図16は、第2の変形例の撮像装置12の構成を示している。図16に示すように、撮像装置12は、照明22と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50と、制御部60とを有する。さらに、撮像装置12は、レンズ駆動部80を有する。図16では、照明22と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明22が配置される第1の面101に垂直である。
本発明の実施形態の第2の変形例を説明する。図16は、第2の変形例の撮像装置12の構成を示している。図16に示すように、撮像装置12は、照明22と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50と、制御部60とを有する。さらに、撮像装置12は、レンズ駆動部80を有する。図16では、照明22と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明22が配置される第1の面101に垂直である。
図16に示す構成について、図1に示す構成と異なる点を説明する。撮像装置12において、撮像装置10における照明20が照明22に変更される。照明22は、光源220と複数の液晶素子221とを有する。図示の都合のため、複数の液晶素子221は、複数の素子の集合体として示されている。
光源220は、光を発生する。複数の液晶素子221は、光源220とサンプル90との間に2次元に配置され、かつ光を透過する透過状態と光を遮断する遮断状態とになる。複数の液晶素子221は、第1の面101に2次元に配置される。光源220と複数の液晶素子221とは、固定されていてもよい。光源220からの光は、領域222の液晶素子221を通過する。領域222の液晶素子221は透過状態である。複数の液晶素子221が配置された領域において、領域222以外の領域の液晶素子221は遮断状態である。透過状態である液晶素子221を通過した光は、サンプル90に照射される。制御部60は、第1の状態では、第1の領域に配置された液晶素子221が透過状態になり、かつ第1の領域と異なる第2の領域に配置された液晶素子221が遮断状態になるように複数の液晶素子221を制御する。制御部60は、第2の状態では、第1の領域と異なる第3の領域に配置された液晶素子221が透過状態になり、かつ第3の領域と異なる第4の領域に配置された液晶素子221が遮断状態になるように複数の液晶素子221を制御する。
上記の点以外の点については、図16に示す構成は、図1に示す構成と同様である。
図17と図18とは、第1の状態と第2の状態とにおける撮像装置12の状態を示している。図17は第1の状態の例であり、かつ図18は第2の状態の例である。図17と図18とでは、照明22と、ステージ30と、複数のマイクロレンズ40と、撮像素子50との断面が示されている。この断面は、照明22が配置される第1の面101に垂直である。図17と図18とでは、第1の面101に平行な方向に領域222が移動する例が示されている。
図17に示すように、第1の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第1の角度は、θ7である。図17では、複数の液晶素子221が配置された領域において、領域222が第1の領域であり、領域222以外の領域が第2の領域である。図18では、領域222が右側に移動した後の状態が示されている。透過状態である液晶素子221が配置された領域222が移動することによって、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化する。図18では、複数の液晶素子221が配置された領域において、領域222が第3の領域であり、領域222以外の領域が第4の領域である。図18に示すように、第2の状態では、中央のマイクロレンズ40に入射する光の第2の角度は、θ8である。第1の角度θ7と第2の角度θ8とは互いに異なる。マイクロレンズ40に入射する光の角度は、第1の面101において透過状態である液晶素子221が配置された領域の中心(重心)とマイクロレンズ40の中心(主点)とを通る直線が第3の面103と交わる角度である。
図17と図18とでは、中央のマイクロレンズ40に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ40に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。
上記のように、透過状態である液晶素子221が配置された領域222が移動することによって、複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。光源220が移動する必要はない。電気配線が施された光源220が固定されることにより、故障のリスクが低減する。液晶素子221の透過状態と遮断状態とが切り替わるため、複数の液晶素子221が移動する必要がない。このため、故障のリスクがより低減する。
(第3の変形例)
本発明の実施形態の第3の変形例を説明する。図1に示す撮像装置10を使用して第3の変形例を説明する。照明20は、光を発生する複数のLEDを有してもよい。
本発明の実施形態の第3の変形例を説明する。図1に示す撮像装置10を使用して第3の変形例を説明する。照明20は、光を発生する複数のLEDを有してもよい。
複数のLEDは、光源とサンプル90との間に2次元に配置され、かつ発光状態と消灯状態とになる。複数のLEDは、第1の面101に2次元に配置される。発光状態であるLEDからの光は、サンプル90に照射される。制御部60は、第1の状態では、第5の領域に配置されたLEDが発光状態になり、かつ第5の領域と異なる第6の領域に配置されたLEDが消灯状態になるように複数のLEDを制御する。制御部60は、第2の状態では、第5の領域と異なる第7の領域に配置されたLEDが発光状態になり、かつ第7の領域と異なる第8の領域に配置されたLEDが消灯状態になるように複数のLEDを制御する。
発光状態であるLEDが配置された領域が移動することによって、複数のマイクロレンズ40に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ40によって撮像素子50に投影される像におけるサンプル90の領域が変化する。複数のLEDが移動する必要はない。このため、故障のリスクが低減する。
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
本発明の各実施形態によれば、撮像装置は、サンプルの良好な画像信号を得ることができる。
10,11,12 撮像装置
20,21,22,1020 照明
30 ステージ
40,1040 マイクロレンズ
50,1050 撮像素子
60 制御部
70 照明駆動部
80 レンズ駆動部
210,220 光源
211 絞り
212 開口部
221 液晶素子
20,21,22,1020 照明
30 ステージ
40,1040 マイクロレンズ
50,1050 撮像素子
60 制御部
70 照明駆動部
80 レンズ駆動部
210,220 光源
211 絞り
212 開口部
221 液晶素子
Claims (8)
- 光を発生する照明と、
サンプルが配置され、かつ前記照明からの前記光を透過するステージと、
2次元に配置され、かつ前記サンプルおよび前記ステージを透過した前記光を集光する複数のマイクロレンズと、
前記複数のマイクロレンズを通過した前記光が入射し、かつ前記光に基づく画像信号を出力する撮像素子と、
第1の状態と第2の状態とが実現されるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御し、前記第1の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第1の角度と、前記第2の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第2の角度とが異なる制御部と、
を有する撮像装置。 - 前記照明は、平行光を発生する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、2つ以上の前記マイクロレンズの中心を通る面に平行な方向における前記複数のマイクロレンズの位置を制御する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記照明は、
前記光を発生する光源と、
前記光源と前記サンプルとの間に配置され、かつ開口部を有する絞りと、
を有し、
前記制御部は、前記第1の状態と前記第2の状態とで前記開口部の位置が異なるように前記絞りの位置を制御する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記照明は、
前記光を発生する光源と、
前記光源と前記サンプルとの間に2次元に配置され、かつ前記光を透過する透過状態と前記光を遮断する遮断状態とになる複数の液晶素子と、
を有し、
前記制御部は、前記第1の状態では、第1の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第1の領域と異なる第2の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御し、
前記制御部は、前記第2の状態では、前記第1の領域と異なる第3の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第3の領域と異なる第4の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との両方を制御する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記第1の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出し、
前記制御部は、前記第2の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出し、
前記制御部は、算出された位置に基づいて、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御する
請求項1に記載の撮像装置。 - 前記制御部は、前記画像信号に基づいて、前記サンプルにおける撮像領域を判断し、
前記制御部は、第1の撮像領域と第2の撮像領域とが異なるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御し、前記第1の撮像領域は、前記第1の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域であり、前記第2の撮像領域は、前記第2の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域である
請求項1に記載の撮像装置。
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