(57)【要約】【課題】凹凸を有する大きな被写体の像を、撮像面に良好に合焦させ、高解像度な画像データを短時間で取得すること【解決手段】結像光学系１０４によって結像された被写体像を反射するミラーユニットと、ミラーユニットによって反射された被写体を再結像する再結像光学系１０６と、再結像光学系によって再結像された被写体像を光電変換する撮像素子１１０と、結像光学系の光軸方向に垂直な合焦可能面内で、前記被写体を、前記撮像素子の画素配列方向と光学的共役な方向に対して角度をなして移動走査することによって被写体の画像データを取得する画像取得装置を提供する。ミラーユニットは、被写体の表面形状に応じて、互いに平行な複数の第１の軸周りに反射面を面外曲げ変形する保持機構部１０９を有し、撮像素子は、第１の軸に直交する第２の軸の方向に延びる一または複数の画素列を有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の光学像を形成する結像光学系と、
前記結像光学系によって形成された前記被写体の光学像を反射する反射面を有するミラーユニットと、
前記結像光学系によって前記ミラーユニットの前記反射面に結像され、前記反射面によって反射された前記被写体の前記光学像を再結像する再結像光学系と、
前記再結像光学系によって再結像された前記被写体の前記光学像を光電変換する撮像素子と、
前記結像光学系の光軸方向に垂直な合焦可能面内で、前記被写体を、前記撮像素子の画素配列方向と光学的共役な方向に対して角度をなして移動走査する移動手段と、
を有し、前記移動手段が前記被写体を移動走査することによって前記撮像素子より前記被写体の画像データを取得する画像取得装置であって、
前記ミラーユニットは、前記被写体の表面形状に応じて、互いに平行な複数の第１の軸周りに前記反射面を面外曲げ変形する変形手段を有し、
前記撮像素子は、前記第１の軸に直交する第２の軸の方向に延びる一または複数の画素列を有することを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記被写体の表面の前記結像光学系の光軸方向の位置に応じて変化する情報を取得する情報取得手段と、
前記情報取得手段が取得した情報に基づいて前記変形手段による前記反射面の面外曲げ変形を制御する制御手段と、
を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記第１の軸は、前記結像光学系の光軸および前記再結像光学系の光軸の両方を含む面と直交することを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記結像光学系の光軸と前記再結像光学系の光軸の両方と前記撮像素子の前記画素配列方向は直交することを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記結像光学系と前記ミラーユニットの間の光路に配置され、前記結像光学系からの光を透過して前記ミラーユニットの前記反射面に導き、前記ミラーユニットの前記反射面によって反射された光を前記結像光学系の光路外に偏向するビームスプリッタを更に有し、
前記再結像光学系は、前記ビームスプリッタにより偏向させられた光によって前記被写体の前記光学像を前記撮像素子に再結像することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記結像光学系の光軸は、前記ミラーユニットの前記反射面に垂直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。
【請求項７】
前記結像光学系と前記ミラーユニットの間の光路に配置され、前記結像光学系からの光を反射して前記ミラーユニットの前記反射面に導き、前記ミラーユニットの前記反射面によって反射された光を透過して前記再結像光学系に導くビームスプリッタを更に有し、
前記再結像光学系は、前記ビームスプリッタを透過した光によって前記被写体の前記光学像を前記撮像素子に再結像することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記再結像光学系の光軸は、前記ミラーユニットの前記反射面に垂直であることを特徴とする請求項７に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記被写体の表面の前記結像光学系の光軸方向の位置に応じて変化する情報を取得する情報取得手段と、
前記情報取得手段が取得した情報に基づいて前記変形手段による前記反射面の面外曲げ変形を制御する制御手段と、
を更に有することを特徴とする請求項５乃至８のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記情報取得手段を有する情報取得部と、
前記結像光学系、前記ミラーユニット、前記再結像光学系、前記撮像素子を有する本体と、
を更に有し、
前記移動手段は前記情報取得部と前記本体との間を移動することを特徴とする請求項２または９に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
前記ビームスプリッタは、前記結像光学系からの光の一部を透過および反射の一方によって前記ミラーユニットに導き、前記結像光学系からの光の一部を透過および反射の他方によって前記情報取得手段に導き、
前記情報取得手段は、前記撮像素子で現在撮像している前記被写体の部分の後で撮像される部分の前記情報を取得し、前記撮像素子による撮像と前記情報取得手段による情報取得を並行して実施することを特徴とする請求項９に記載の画像取得装置。
【請求項１２】
前記ビームスプリッタは、前記結像光学系からの光の一部を透過および反射の一方によって前記ミラーユニットに導き、前記結像光学系からの光の残りを透過および反射の他方によって平板鏡に導き、前記ミラーユニットからの光と前記平板鏡からの光をともに前記再結像光学系に導き、
前記情報取得手段は、前記撮像素子で現在撮像している前記被写体の部分の後で撮像される部分の前記情報を前記平板鏡からの光から取得し、前記撮像素子による撮像と前記情報取得手段による情報取得を並行して実施することを特徴とする請求項９に記載の画像取得装置。
【請求項１３】
前記情報取得手段はエリアセンサであり、当該エリアセンサの受光面は前記ビームスプリッタの前記情報取得手段への射出側の光軸に対して傾斜しており、前記制御手段は前記エリアセンサから得られた信号のコントラストから前記被写体の表面の前記結像光学系の光軸方向の位置の情報を取得することを特徴とする請求項１１または１２に記載の画像取得装置。
【請求項１４】
前記情報取得手段は複数の画素列を有するラインセンサから構成され、当該ラインセンサの受光面は前記ビームスプリッタの前記情報取得手段への射出側の光軸に対して垂直であり、
前記ラインセンサを射出側の光軸の方向に移動する第１手段を更に有し、
前記制御手段は、前記第１手段によって移動された前記ラインセンサから得られた信号のコントラストから前記被写体の表面の前記結像光学系の光軸方向の位置の情報を取得することを特徴とする請求項１１または１２に記載の画像取得装置。
【請求項１５】
前記情報取得手段は階段状に設置された画素列を有し、前記制御手段は各画素列により得られた信号のコントラストから前記被写体の表面の前記結像光学系の光軸方向の位置の情報を取得することを特徴とする請求項１１または１２に記載の画像取得装置。
【請求項１６】
前記ミラーユニットは、第１のミラーユニットと第２のミラーユニットを含み、
前記撮像素子は、第１の画素列と第２の画素列を含み、
前記結像光学系からの光の一部を透過および反射の一方によって前記第１のミラーユニットに導き、前記結像光学系からの光の残りを透過および反射の他方によって前記第２のミラーユニットに導き、前記第１のミラーユニットからの光と前記第２のミラーユニットからの光をともに前記再結像光学系に導き、
前記第１の画素列は前記第１のミラーユニットからの光を前記再結像光学系によって再結像された前記被写体の第１の部分の光学像を光電変換し、前記第２の画素列は前記第２のミラーユニットからの光を前記再結像光学系によって再結像された前記被写体の、前記第１の部分とは異なる第２の部分の光学像を光電変換することを特徴とする請求項９に記載の画像取得装置。
【請求項１７】
前記撮像素子は、前記第１の画素列を有する第１の撮像素子と、前記第２の画素列を有する第２の撮像素子と、を含むことを特徴とする請求項１６に記載の画像取得装置。
【請求項１８】
前記第１の軸は、前記結像光学系の光軸および前記再結像光学系の光軸の両方を含む面と直交することを特徴とする請求項５に記載の画像取得装置。
【請求項１９】
前記ミラーユニットは、それぞれが前記第１の軸周りに前記反射面を面外曲げ変形する複数の変形手段を有し、
各変形手段は、第１の方向に移動可能な第１の可動部と、前記第１の方向に直交する第２の方向に移動可能な第２の可動部と、を有することを特徴とする請求項１乃至１８のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２０】
前記ミラーユニットは、前記第１の可動部と前記第２の可動部をそれぞれ能動的位置決め制御または従属的追従制御により制御することを特徴とする請求項１９に記載の画像取得装置。
【請求項２１】
前記撮像素子は、前記再結像光学系の光軸を回転軸として回転可能であることを特徴とする請求項１乃至２０のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２２】
前記ミラーユニットは、前記反射面を有する反射鏡と、ベースと、を更に有し、
前記変形手段は、前記反射鏡を前記ベースに保持し、
前記変形手段は、前記反射鏡と接続されるジョイントを有することを特徴とする請求項１乃至２１のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２３】
前記ジョイントは弾性ヒンジを有することを特徴とする請求項２２に記載の画像取得装置。
【請求項２４】
前記ジョイントはボールベアリングを有することを特徴とする請求項２２に記載の画像取得装置。
【請求項２５】
前記ジョイントは第１の回転ジョイントであり、
前記変形手段は、前記ベースと接続される第２の回転ジョイントを更に有することを特徴とする請求項２２に記載の画像取得装置。
【請求項２６】
前記変形手段は、前記第１の回転ジョイントと前記第２の回転ジョイントの間に配置された固定リンクを更に有することを特徴とする請求項２５に記載の画像取得装置。
【請求項２７】
前記変形手段は、前記第１の回転ジョイントと前記第２の回転ジョイントの間に配置された直動機構を有することを特徴とする請求項２５に記載の画像取得装置。
【請求項２８】
前記ジョイントは回転ジョイントであり、
前記変形手段は、前記ベースと接続される固定ジョイントと、前記回転ジョイントと前記固定ジョイントの間に配置された直動機構と、を更に有することを特徴とする請求項２２に記載の画像取得装置。
【請求項２９】
前記第１の回転ジョイントには複数の直動機構が接続されていることを特徴とする請求項２５に記載の画像取得装置。
【請求項３０】
前記ミラーユニットは、前記直動機構を能動的位置決め制御または従属的追従制御により制御することを特徴とする請求項２７乃至２９のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項３１】
前記撮像素子で取得した像を拡大または縮小する画像処理手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３０のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項３２】
前記撮像素子を前記再結像光学系の光軸方向に移動する手段を更に有することを特徴とする請求項１乃至３０のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項３３】
前記移動手段は、前記結像光学系の光軸方向に移動可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至３０のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項３４】
前記撮像素子が有する画素列を前記第２の軸の方向に移動する手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置
【請求項３５】
前記移動手段は、前記結像光学系の光軸方向に対してチルト可能に構成されていることを特徴とする請求項３３に記載の画像取得装置。
【請求項３６】
前記ミラーユニット、前記再結像光学系および前記撮像素子を前記結像光学系の光軸方向に移動する手段を更に有することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３７】
前記撮像素子は複数の画素列を有し、画素列毎に露光時間を変えることを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３８】
前記撮像素子は複数の画素列を有し、画素列毎に前記再結像光学系の光軸方向の位置を変えて露光することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３９】
前記撮像素子は複数の画素列を有し、画素列毎にカラーフィルターが異なることを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項４０】
前記撮像素子は複数の画素列を有し、画素配置間隔の数分の一だけ画素列方向に、画素をずらして配置することを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項４１】
デジタル顕微鏡であることを特徴とする請求項１乃至４０のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミラーユニットおよび画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
標本（試料）の顕微鏡画像を撮像する画像取得装置では、広い視野に対して高解像度化を進めると被写界深度が浅くなり、凹凸がある標本の表面全域に合焦させることが困難になる。
【０００３】
特許文献１は、変形可能な１枚の反射鏡を用いた露光装置を開示している。特許文献２は、相互に繋がった複数の反射鏡の高さおよび傾きを変更する可変形ミラーを開示している。特許文献３は、独立した複数の反射鏡の高さおよび傾きを変更する顕微鏡を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−７７８２３号公報
【特許文献２】特開２００１−９１８６６号公報
【特許文献３】特開２００７−６５６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
標本表面の凹凸に合わせて反射面を変形可能なミラーを結像光学系の光路上に配置し、結像光学系によって標本をミラーの反射面に結像し、ミラーから撮像素子に再結像することによって標本の表面全域に合焦させた像を撮像素子で取得することを考える。特許文献１は、弾性変形可能なミラーを多方向に曲げて反射面を形成し、凹凸を有するウエハにパターンを転写しうる可能性を示唆している。単調な凹または凸面形状の二次元的な小変形や、単一方向への曲げ変形操作、いわゆる面外１軸曲げによって可能な単一方向の凹凸までが対応可能と推測される。また、特許文献２および３に開示されているように、複数のセグメントミラーを用いる場合は、各セグメントミラーの位置や姿勢は比較的広範囲に変更可能となり、広範囲の複雑な凹凸に適応する反射面形状を実現することができる。しかし、セグメントミラー間の隙間から、画像データを取得できない領域が生じるため、被写体を移動して複数回撮像して画像データを合成する必要が生じる。従って、合成処理の負荷増大が懸念される。
【０００６】
本発明は、凹凸を有する大きな被写体の像を、撮像面に良好に合焦させ、高解像度な画像データを短時間で取得可能な画像取得装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の画像取得装置は、被写体の光学像を形成する結像光学系と、前記結像光学系によって形成された前記被写体の光学像を反射する反射面を有するミラーユニットと、前記結像光学系によって前記ミラーユニットの前記反射面に結像され、前記反射面によって反射された前記被写体の前記光学像を再結像する再結像光学系と、前記再結像光学系によって再結像された前記被写体の前記光学像を光電変換する撮像素子と、前記結像光学系の光軸方向に垂直な合焦可能面内で、前記被写体を、前記撮像素子の画素配列方向と光学的共役な方向に対して角度をなして移動走査する移動手段と、を有し、前記移動手段が前記被写体を移動走査することによって前記撮像素子より前記被写体の画像データを取得する画像取得装置であって、前記ミラーユニットは、前記被写体の表面形状に応じて、互いに平行な複数の第１の軸周りに前記反射面を面外曲げ変形する変形手段を有し、前記撮像素子は、前記第１の軸に直交する第２の軸の方向に延びる一または複数の画素列を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、凹凸を有する大きな被写体の像を、撮像面に良好に合焦させ、高解像度な画像データを短時間で取得可能な画像取得装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の画像取得装置の要部概略図である。（実施例１）
【図２】図１に示すプレパラートの構成を示す概略平面図である。（実施例１）
【図３】図１に示す撮像素子の構成を説明するための概略平面図である。（実施例１）
【図４】図１に示す保持機構部の一例を示す概略断面図である。（実施例１）
【図５】図４に示す２軸テーブルの構造を示す概略断面図である。（実施例１）
【図６】図４及び図５に示すジョイントの具体例を示す斜視図である。（実施例１）
【図７】図１に示す保持機構部の別の例を示す概略図である。（実施例１）
【図８】図１に示す反射鏡による焦点調節を説明する図である。（実施例１）
【図９】本発明の画像取得装置の要部概略図である。（実施例２）
【図１０】本発明の画像取得装置の要部概略図である。（実施例３）
【図１１】図１０に示す反射鏡による焦点調節を説明する図である。（実施例３）
【図１２】結像光学系、ビームスプリッタ、ミラーユニット、再結像光学系、撮像素子の関係を示す光路図である。（実施例３）
【図１３】図１２の変形例を示す光路図である。（実施例３）
【図１４】図１２の変形例を示す光路図である。（実施例３）
【図１５】図１２の変形例を示す光路図である。（実施例３）
【図１６】図１２の変形例を示す光路図である。（実施例３）
【図１７】図１２の変形例を示す光路図である。（実施例３）
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の好ましい実施例について説明する。以下の実施例では、被写体の画像を取得する画像取得装置の例としてデジタル顕微鏡を使用しているが、本発明は、デジタルカメラや望遠鏡など、画像取得装置全般に適用可能である。
【００１１】
デジタル顕微鏡を用いて体内の一部の細胞や組織等の画像データを取得し、診断に用いる場合、デジタル顕微鏡には診断しやすい画像データを短時間で取得することが求められる。デジタル顕微鏡の対物レンズの画角を大きくすると、一度に取得する範囲が拡大するため、画像データを短時間で取得することができる。しかし、凹凸を持つ被写体の面が対物レンズの被写界深度内に入りきらない場合があり、全画角で良好に合焦した画像データを取得することは容易ではない。また、対物レンズの開口数ＮＡを大きくして解像力を高くしても、凹凸を持つ被写体に対しては良好に合焦した画像データを取得できる範囲が狭くなる。これは、対物レンズの解像力を高くすると被写界深度が浅くなり、対物レンズのフォーカス面と被写体の面とが一致しない場合があるからである。
【００１２】
各実施例では、この問題を、被写体の光学像を形成する結像光学系と結像光学系が形成した光学像を光電変換する撮像素子との間に配置されたミラーユニットを含む光学装置を介して解決している。
【実施例１】
【００１３】
図１は、実施例１の画像取得装置８０の要部概略図である。画像取得装置８０は、情報取得部とデジタル顕微鏡本体を有する。情報取得部とデジタル顕微鏡本体は一つの装置として構成されてもよいし、別々の装置から構成されてもよい。図１の座標系において円の中に×の記号は紙面奥行方向にＹ軸が向いていることを示す。ＸＹ平面は後述する結像光学系１０４の光軸ＯＡ１に平行なＺ軸に垂直な平面である。
【００１４】
まず、情報取得部において、プレパラート１００が移動手段１０１に保持される。本実施例の被写体（物体）は、プレパラート１００である。プレパラート１００は細胞など被検体をスライドガラス上に貼り付けて透明な保護部材（カバーガラス）で封止したものである。
【００１５】
移動手段１０１は、プレパラート１００を搭載して移動走査するもので、本実施例ではＸＹ平面内で移動するＸＹステージである。移動手段１０１は直動ステージなどでもよい。移動手段１０１がプレパラート１００を移動走査する方向はＹ方向とする。本実施例の移動手段１０１は情報取得部とデジタル顕微鏡本体との間を、図１に示す矢印に示すように移動する。
【００１６】
情報取得手段１０２は、被写体の表面の結像光学系１０４の光軸方向（Ｚ軸方向）の位置（Ｚ位置）に応じて変化する情報を取得する。
【００１７】
例えば、情報取得手段１０２は、被写体に設定された各計測位置における被写体のＺ位置を計測する計測手段であってもよく、計測手段は三角測量レーザ変位計やシャック・ハルトマンセンサなどを用いることができるが、これに限定されるものではない。例えば、情報取得手段１０２には、斜入射光の反射位置計測系やエアマイクロメータなど他の計測手段も適用できる。非接触での計測が好適な場合が多いが、接触圧の低い接触式電気マイクロメータなどを使用してもよい。情報取得手段１０２は、被検体の存在範囲を検出するデジタルカメラや、カバーガラスの厚さを計測する分光干渉計や、被写体の光量透過率を計測する分光透過率計など各種計測機能を備えてもよい。
【００１８】
計測情報は不図示のＡ／Ｄ変換部を介してコントローラ１３０に送信される。コントローラ１３０は、演算によってカバーガラスの厚みを計測結果から差し引いて被検体上面のＺ位置を求めることができる。各計測位置におけるＺ位置は、プレパラート１００の合焦目標位置であり、合焦目標位置は記憶手段（メモリ）１３４に記録される。
【００１９】
情報取得手段１０２は、被写体表面の凹凸形状（合焦目標形状）に関する情報を取得する位相差検出手段や撮像手段であってもよい。例えば、合焦目標位置を、フォーカスの異なる複数の画素列から得られる画像信号のコントラストから算出してもよい。情報取得手段１０２を、Ｚ軸方向に対して傾斜したエリアセンサやＺ軸方向の位置が異なる階段状に配置された複数の画素列または撮像素子から構成し、被写体表面からのＺ軸方向の距離を変化させてもよい。情報取得手段１０２は後述する撮像手段１１０を兼ねてもよい。この場合、先行する画素列により、合焦目標位置を取得し、後列の画素により、撮像する。
【００２０】
画像取得装置８０の制御系として、コントローラ１３０、画像処理手段１３２、記憶手段１３４、画像表示手段１３６、不図示のＡ／Ｄ変換部が設けられている。情報取得部用の制御系とデジタル顕微鏡本体用の制御系は、一つのコンピュータから構成されてもよいし、別個のコンピュータから構成されてもよい。
【００２１】
計測終了後に、プレパラート１００を保持した移動手段１０１は、デジタル顕微鏡本体に移動される。デジタル顕微鏡本体は、照明手段１０３、移動手段１０１、結像光学系１０４、ミラーユニット、再結像光学系１０６、撮像素子１１０を有する。本実施例では、コントローラ１３０は情報取得部とデジタル顕微鏡本体の両方の構成要素の動作を制御する。
【００２２】
照明手段１０３は、光源と照明光学系から構成されている。
【００２３】
光源は、ハロゲンランプ、キセノンランプ、ＬＥＤ、時系列でカラーバンドの異なる光を発するもの（ハロゲン光源のような波長帯の広い光源と複数カラーフィルターを切換える機構のもの、複数カラーバンド光源の光路を切換えるもの）など限定されない。
【００２４】
照明光学系は光源からの光でプレパラート１００を均一に照明する。均一に照明するために照明手段１０３にライトインテグレータを備えてもよい。可変絞りや遮光マスクなどを備えてもよい。なお、照明方式として被写体を上方から照明し、その反射光を結像する落射型照明方式を使用してもよい。
【００２５】
結像光学系１０４は、照明手段１０３によって照明された被写体の光学像を形成し、レンズやミラーなど光学素子の組み合わせで構成される。例えば、マンジャンミラーを用いたカタディオ光学系とすることもでき、視野絞りまたは開口絞りなどの光路中の光学調整部品や、収差補正機能として特定の光学素子の位置または姿勢の調整機能を備えてもよい。結像光学系１０４は１回のみ結像するものとはかぎらず、複数回結像することにより被写体の像を結像する構成としてもよい。なお、移動手段１０１は、情報取得手段１０２の計測可能領域と結像光学系１０４の合焦可能面領域との両領域間においてプレパラート１００を移動する。
【００２６】
ミラーユニットは、変形可能な反射面１０５ａを有する反射鏡（ミラー）１０５と、反射鏡１０５の反射面を変形する変形手段としての保持機構部１０９と、保持機構部１０９を支持するベース１２０と、を有する。
【００２７】
反射鏡１０５の反射面１０５ａは、結像光学系１０４の結像位置の近傍に設けられ、結像光学系１０４からの光を撮像素子１１０に偏向する。反射鏡１０５の反射面は帯状で、可撓性を有し、かつ複数の平行する軸回りの曲げ変形が可能である。ニッケル−リン無電解メッキ処理したばね用りん青銅の帯状板の表面を平滑に加工して光学反射面を実現し、裏面を後述する駆動手段との接続連結用に加工する。
【００２８】
反射鏡１０５の材質は、ばね鋼、ばね用りん青銅、ばね用ステンレス鋼、等の金属や、ＡＢＳ、ナイロン、ポリカーボネイト、アクリル、等の樹脂を選択することができる。また、単一部材で無く複数部材を溶接、接着等で結合してもよい。また、平滑な表面を有するガラス層と樹脂層と金属層からなる多層構造としてもよい。ガラスは平滑であるので反射率の高い鏡を作りやすく、金属は形状精度良く加工しやすく、樹脂はガラスと金属材の緩衝作用を期待できる。
【００２９】
具体的には、熱膨張率の差によるガラスと金属材の接合部の熱応力を緩和し、また、ガラスと金属材の弾性率の差による変形時の応力集中を緩和する。また、保持機構部１０９の一部と反射鏡１０５とを単一の部品として製作してもよい。光学反射面は、ニッケルーリン無電解メッキ処理と熱処理によるメッキ膜の硬化後に、研磨およびミリング加工等の機械加工により、好ましくは可視光の波長より十分小さい表面粗さまで鏡面加工する。また、蒸着やスパッタリングなどの製膜工程により、アルミニウム膜を形成し、更に、Ｇｅ−ＭｇＦ２−ＺｎＳ、等からなる多層膜を作成することもできる。
【００３０】
本実施例の反射鏡１０５の長さＬｋは、プレパラート１００の幅をＷｐ、結像光学系１０４の光学倍率をＭ１とすると次式を満足するように設定される。
【００３１】
Ｌｋ  ＞  √２×Ｍ１×Ｗｐ                      （１）
つまり、Ｘ方向の長さＷｐの領域がＭ１倍された範囲を４５度傾けた反射鏡１０５が反射可能な長さとする。反射鏡１０５の幅すなわちＹ方向の寸法Ｗｋは、撮像素子１１０の画素配列の幅をＷｓ、再結像光学系１０６の光学倍率をＭ２とすると、
Ｗｋ  ＞  Ｗｓ／Ｍ２                            （２）
を目安に設定する。
【００３２】
図１においては、反射鏡１０５は、互いにＹ軸と平行する複数の軸回りに（複数の第１の軸周りに）面外曲げ変形が可能であり、これら複数の軸が結像光学系１０４の光軸ＯＡ１および再結像光学系１０６の光軸ＯＡ２の両光軸を含む面と直交している。後述する合焦目標形状データ（被写体の表面形状）に応じてコントローラ１３０および保持機構部１０９により形状や位置姿勢が制御されることで、プレパラート１００の像を撮像素子１１０の画素上に形成することができる。
【００３３】
再結像光学系１０６は、結像光学系１０４によってミラーユニットの反射面１０５ａに結像された被写体の光学像を撮像素子１１０の撮像面へ再結像し、結像光学系１０４と同様に光学素子の組み合わせで構成される。光学倍率が可変なズームレンズ構成としてもよい。
【００３４】
撮像素子１１０は、結像光学系１０４、反射鏡１０５、再結像光学系１０６によって撮像面に形成された光学像を光電変換する。撮像素子１１０は、第１の軸（本実施例ではＹ軸）に直交する第２の軸（本実施例ではＺ軸）の方向（画素配列方向）に延びる一または複数の画素列を有する。撮像素子１１０は、複列のラインセンサや、エリアセンサの特定列領域を使用してもよい。なお、複列のラインセンサを使用する場合は、画素配列の夫々の列を、例えば、半画素や１／３画素シフトさせて配列することもできる。
【００３５】
撮像素子１１０は、ＲＧＢベイヤー配列以外に、ＲＧＢＹ（黄色）、ＲＧＢＥ（エメラルド）４色カラーフィルター、ＲＧＢＹ（黄色）Ｍ（マゼンダ）Ｃ（シアン）６色カラーフィルター（３×３を一組）であってもよい。
【００３６】
保持機構部１０９は、反射鏡１０５を変形させる変形手段であり、ベース１２０によって支持されている。保持機構部１０９の詳細については後述する。
【００３７】
コントローラ１３０は、画像取得装置８０の全体を制御する制御手段で、ＣＰＵやＤＳＰなどのプロセッサを備えたマイクロコンピュータとして構成されている。
【００３８】
以下、画像取得装置８０で画像データを取得する手順について説明する。ここでは、合焦目標形状をプレパラート１００の最上面に位置するカバーガラスの形状とし、このカバーガラス上面の複数個所の高さデータから合焦目標形状データを設定する。
【００３９】
図２は、プレパラート１００の上面図であり、図中の座標系において円の中の黒丸の記号は紙面手前方向にＺ軸が向いていることを示す。プレパラート１００に設定された２７個の計測位置を白丸で示し、Ｘ方向の計測位置の間隔をＳｘ、Ｙ方向の計測位置の間隔をＳｙとする。
【００４０】
まず、移動手段１０１により、プレパラート１００を移動してカバーガラス２１０の上面の図２の右列の下端にある計測位置２１１のＺ位置を計測する。続いて、Ｙ方向にＳｙ移動し、この計測位置２１１のＺ位置を計測する。これを図２の右列の上端にある計測位置２１２まで繰り返す。続いて、Ｘ方向にＳｘ移動し、図２の中列の上端にある計測位置のＺ位置を計測する。続いて、Ｙ方向に−Ｓｙ移動し、図２の中列の上から二番目にあるＺ位置を計測する。これを図２の中列の下端の計測位置２１３まで繰り返す。この一連の動きを図２の左列の上端の計測位置２１４まで繰り返し、全ての計測位置のＺ位置を計測する。コントローラ１３０は、計測結果を合焦目標形状データとして記憶する。なお、計測位置の数は限定されず、計測位置の配列も格子状に限定されない。
【００４１】
上述したように、合焦目標をカバーガラス下面とすることもできる。例えば、情報取得手段１０２として分光干渉計などのカバーガラス厚さが計測可能な厚さ情報取得手段を加えればよい。厚さ情報取得手段の上下の移動が必要な場合は適宜移動手段を加えればよい。また、カバーガラスの厚さ情報が既知の場合は、カバーガラス上面の位置データと既知の厚さ情報から下面のＺ位置を推定することもできる。
【００４２】
このように合焦目標形状データを取得した後で、プレパラート１００を移動手段１０１によって結像光学系１０４の合焦可能面に移動する。この合焦可能面は結像光学系１０４の光軸ＯＡ１と略直交する。また、制御手段１３０は、情報取得手段１０２が取得した情報に基づいてミラーユニットの反射面の面外曲げ変形を制御する。面外曲げ変形の方法については後述する。本実施例の反射面１０５ａは一つの回転軸の周りに変形されるため、大きな変形を与えることができる。また、単一の反射面から構成されているので特許文献２、３などのような隙間の画像データの合成が不要であり、画像データを短時間で取得することができ、画像処理の負荷も低減することができる。
【００４３】
移動手段１０１は、結像光学系１０４の光軸方向に垂直な合焦可能面内で、プレパラート１００を、撮像素子１１０の画素配列方向と光学的共役な方向に対して角度をなして移動走査するように構成されている。
【００４４】
この状態で、照明手段１０３によってプレパラート１００を照明する。照明手段１０３からの光は、プレパラート１００および結像光学系１０４を通過し、反射鏡１０５の反射面１０５ａの近傍に結像する。この像は反射鏡１０５で反射され、再結像光学系１０６を通過し、Ｚ方向に画素配列された撮像素子１１０上に像を再結像する。画像取得装置は、移動手段１０１が被写体を移動走査することによって撮像素子１１０より被写体の画像データを取得する。
【００４５】
図３は、撮像素子１１０に適用可能な構成を示す平面図である。
【００４６】
図３（ａ）に示す１列撮像素子３１０は、本実施例の撮像素子１１０として使用される構成である。これは、複数の画素３４１が走査方向に直交するＺ方向である画素配列方向３４２を示す矢印の方向に列を成して１列並ぶものである。本実施例では、モノクロのラインセンサが用いられているが、カラーのラインセンサを用いることもできる。
【００４７】
画像処理手段１３２による画像処理においては、ＴＤＩ（ＴｉｍｅＤｅｌａｙ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）を採用することができる。ＴＤＩにより、画素が取得する光量を上げ、輝度分解能を上げる。通常のラインセンサは画素を一列に並べるが、ＴＤＩでは複数の画素列を設ける。図３（ｂ）はＴＤＩ構成を示している。
【００４８】
この場合、画素列を複数設け、画素列毎に露光時間を変え、輝度の異なる複数の画像を取得し、これに基づいて、ダイナミックレンジを広げた画像を作成してもよい。露光時間、走査速度を変えて、一列の画素列を複数回走査して得た画像に対して実施してもよい。
【００４９】
あるいは、画素列を複数設け、画素列毎に再結像光学系１０６の光軸方向の位置を変えて露光し、フォーカスの異なる複数枚の画像を取得する。そして、これに基づいて、被写界深度を広げた画像を作成してもよい。再結像光学系１０６の光軸方向の位置を変えて、一列の画素列を複数回走査して得た画像に対して実施してもよい。
【００５０】
また、画素列を複数設け、画素列毎に、カラーフィルターを変え、カラーバンドの異なる複数枚の画像を取得する。そして、これに基づいて、色空間、色分解能を広げた画像を作成する。光源のカラーバンドを変えて、一列の画素列を複数回走査して得た画像に対して実施してもよい。例えば、図３（ｂ）に示す２列撮像素子３２０は、緑色光検出画素Ｇ、赤色光検出画素Ｒ、青色光検出画素Ｂを組み合わせ、Ｇを２個に対してＲおよびＢを各々１個の４個組合せ格子が並ぶベイヤー配列を使用することができる。
【００５１】
あるいは、画素列を複数設け、画素列毎に、再結像光学系１０６の光軸方向同一面内の位置を変え、画素位置の異なる複数枚の画像を取得する。そして、これに基づいて、面内の分解能を広げた画像を作成する。ここで、複数の画素列を設け、相互の画素列が画素列方向に（画素配置間隔の数分の一だけ）ずらして配置され、撮像する方式をピクセルシフトと呼ぶことにする。図３（ｃ）は画素配列をずらすことによるピクセルシフトの構成を示している。図３（ｃ）に示す３列撮像素子３３０は、画素配列の夫々の列をずらして配置している。この他、不図示であるが、一つまたは複数の画素列を画素列方向に移動し、複数回撮像した画像データを画像処理するピクセルシフトとしても良い。
【００５２】
撮像素子１１０の長さＬｓは、Ｍ１、Ｍ２およびＷｐに対して次式のように設定する。
【００５３】
Ｌｓ  ＞  Ｍ２×Ｍ１×Ｗｐ                    （３）
プレパラート１００を照明手段１０３により適切に照明しながら移動手段１０１をＹ方向に略一定速度で走査し、反射鏡１０５を合焦目標形状データに応じて変形させながら画像データを取得する。取得した画像データは記憶手段１３４に記憶される。走査速度は、撮像素子１１０のデータ取得レートなどを考慮して決定する。移動走査は間欠的に行ってもよく、撮像素子１１０の画素配列幅Ｗｓなどを考慮して決定する。反射鏡１０５は変形に加えて位置や傾きの変更を行うこともできる。
【００５４】
図１においては、撮像素子１１０の画素配列方向はＺ軸方向で、結像光学系１０４の合焦可能面はプレパラート１００の図示付近となり、画素配列方向と光学的に共役な方向はＸ軸方向となる。このＸ軸方向と角度をなした方向としてＹ軸方向にプレパラート１００を移動走査する。なお、本実施例のように、移動手段１０１は、結像光学系１０４の光軸方向に垂直な合焦可能面内で、被写体を、撮像素子の画素配列方向と光学的共役な方向に対して直交する方向に移動走査してもよいが、直交する成分があれば足りる。
【００５５】
保持機構部１０９により反射鏡１０５の位置や姿勢を変更したり、反射面を変形したりする。以下、保持機構部１０９について、図４を参照して説明をする。図４は、２軸テーブルを用いた保持機構部１０９の概略断面図であり、一例として、５個の２軸テーブル５５０を、ベース１２０にＸａ方向に略等間隔で一列に固定した様子を示している。５つの２軸テーブル５５０は、それぞれがＹ軸周りに反射面１０５ａを面外曲げ変形する複数の変形手段を構成する。保持機構部１０９は、反射鏡１０５と各々の２軸テーブル５５０をジョイント５１０で結合している。ここで、ＸａＹＺａ座標系はＸＹＺ座標系をＹ軸回りに４５度回転した座標系とする。
【００５６】
図５は、２軸テーブル５５０の構造を示す概略断面図である。同図に示すように、２軸テーブル５５０は、Ｘａ方向とＺａ方向の２自由度の駆動機構であり、Ｘ可動部５５１、Ｘガイド５５２、Ｘボールねじ５５３、Ｘモータ５５４、Ｚ可動部５５５、Ｚガイド５５６、Ｚボールねじ５５７、Ｚモータ５５８を有する。
【００５７】
Ｘ可動部（第１の可動部）５５１は、移動部５５３ｂに固定され、Ｘａ方向（第１の方向）に移動可能に構成されている。Ｘガイド５５２は、Ｘ可動部５５１と接触し、Ｘ可動部５５１のＸａ方向への移動を案内する。Ｘボールねじ５５３は、Ｘａ方向に延び、固定部５５３ａと係合するとともに、移動部５３３ｂと係合している。Ｘボールねじ５５３の固定部５５３ａに挿入されている部分はネジ山が形成されておらず、Ｘボールねじ５５３のネジ山は固定部５５３ａとＸモータ５５４の間に形成されている。固定部５５３ａはＸガイド５５２に固定され、固定部５５３ａのＸボールねじ５５３が挿入される穴面もネジ山が形成されていない。この結果、Ｘボールねじ５５３は固定部５５３ａに支持された状態で回転することができ、この時、Ｘボールねじ５５３と固定部５５３ａの相対位置は変化しない。固定部５５３ａのＸａ方向の位置はＸボールねじ５５３の回転状態に拘らず変化しない。一方、Ｘボールねじ５５３と移動部５５３ｂと螺合された状態で係合している。即ち、移動部５５３ｂのＸボールねじ５５３が挿入される穴面にはネジ山が形成され、移動部５５３ｂはＸ可動部５５１に固定されている。この結果、Ｘボールねじ５５３が回転すると移動部５５３ｂとＸ可動部５５１はＸボールねじ５５３に沿って移動することになる。Ｘモータ５５４は、ベース１２０に搭載され、Ｘボールねじ５５３を回転駆動する駆動手段である。
【００５８】
Ｚ可動部（第２の可動部）５５５は、移動部５５７ｂに固定され、Ｚａ方向（第１の方向に直交する第２の方向）に移動可能に構成され、ジョイント５１０に接続されている。Ｚガイド５５６は、Ｚ可動部５５５と接触し、Ｚ可動部５５５のＺａ方向への移動を案内するとともにＸ可動部５５１に搭載されて、Ｘ可動部５５１と共に移動する。Ｚボールねじ５５７は、Ｚａ方向に延び、固定部５５７ａと係合するとともに、移動部５３７ｂと係合している。Ｚボールねじ５５７の固定部５５７ａに挿入されている部分はネジ山が形成されておらず、Ｚボールねじ５５７のネジ山は固定部５５７ａとＺモータ５５８の間に形成されている。固定部５５７ａはＺガイド５５６に固定され、固定部５５７ａのＺボールねじ５５７が挿入される穴面もネジ山が形成されていない。この結果、Ｚボールねじ５５７は固定部５５７ａに支持された状態で回転することができ、この時、Ｚボールねじ５５７と固定部５５７ａの相対位置は変化しない。固定部５５７ａのＺａ方向の位置はＺボールねじ５５７の回転状態に拘らず変化しない。一方、Ｚボールねじ５５７と移動部５５７ｂと螺合された状態で係合している。即ち、移動部５５７ｂのＺボールねじ５５７が挿入される穴面にはネジ山が形成され、移動部５５７ｂはＺ可動部５５５に固定されている。この結果、Ｚボールねじ５５７が回転すると移動部５５７ｂとＺ可動部５５５はＺボールねじ５５７に沿って移動することになる。Ｚモータ５５８は、Ｚガイド５５６に搭載され、Ｚボールねじ５５７を回転駆動する駆動手段である。
【００５９】
Ｘボールねじ５５３をＸモータ５５４が回転すると、Ｘ可動部５５１はＸガイド５５２に沿ってＸａ方向に移動し、Ｘ可動部５５１に搭載されたＺガイド５５６がＸａ方向に移動可能となる。Ｚボールねじ５５７をＺモータ５５８が回転すると、Ｚ可動部５５５はＺガイド５５６に沿ってＺａ方向に移動することができる。
【００６０】
ジョイント５１０は、反射鏡１０５との接続付近がＹ軸回りに変形可能な機能を有するものとして、Ｚ可動部５５５と反射鏡１０５を連結する。
【００６１】
図６は、ジョイント５１０の具体例であるジョイント５１１から５１４を示す斜視図である。本実施例では、図６（ａ）に示すように、Ｙ方向に伸びる溝によるくびれを有するジョイント５１１を反射鏡１０５に接続することで、反射鏡１０５との接続付近をＹ軸回りに変形可能とする。くびれはＸａＺａ平面におけるジョイント５１１の両側に略四角形状または略円弧形状の切り欠きとして形成され、Ｙ軸周りに変形可能な弾性ヒンジを構成する。
【００６２】
この他の例を図６（ｂ）から（ｄ）に示す。図６（ｂ）は、反射鏡１０５との接続部のＸａＺａ平面における肉厚が薄いが段付きの平板からなるジョイント５１２を示している。薄肉部が屈曲柔軟性のある弾性ヒンジとなる。図６（ｃ）は、薄い平板の例として構成されたジョイント５１３を示しており、平板そのものが屈曲柔軟性のある弾性ヒンジとなる。図６（ｄ）は、Ｙ方向に回転軸を有するジョイント５１４を示しており、ボールベアリングを複数個用いて回転ジョイントを構成している。
【００６３】
このようなＸａ方向とＺａ方向の２つの方向（２自由度）で位置決めが可能な保持機構部１０９を用いると、反射鏡１０５の形状および位置や姿勢を被写体の表面形状に合わせた形状に調節可能となる。この結果、複雑なうねりを持つ被写体の合焦状態での画像を取得することができる。
【００６４】
この他、保持機構部１０９は、例えば、ジョイントとリンクと駆動手段により構成できる。ジョイントとしては、転がり軸受や、すべり軸受けなどの回転ジョイント、または直進ガイドなどのリニアジョイントなどを用いる。駆動手段としては、リニアモータやボールねじ直動機構やエアシリンダなどの、可動部を位置決め制御可能な各種アクチュエータを用いる。複数の駆動手段を用いる場合は、いくつかを位置フィードバック制御などの能動的位置決め制御とし、他のいくつかを、力（ｆｏｒｃｅ）制御などの従属的追従制御とすると、反射鏡１０５への過度な変形操作を避けることができる。能動的位置決め制御の手段としては、ボールねじ直動機構、リニアモータ、ピエゾなどのアクチュエータの位置フィードバック制御が適用できる。従属的追従制御の手段としては、エアシリンダの圧力フィードバック制御やリニアモータの電流フィードバック制御などが適用できる。または相対的にループゲインの低い位置フィードバック制御の適用や、直動案内を有するリニアモータを非通電状態に切換えることやエアシリンダを閉塞させることや大気と通気させて使用する等も可能である。
【００６５】
リンクは、これらジョイントおよび駆動手段などを相互に結合するための部材とする。図７（ａ）〜（ｄ）は保持機構部１０９の構成例を説明する図である。
【００６６】
図７（ａ）は、駆動手段が１個の保持機構部１０９の構成例４１０を示す概略図である。反射鏡１０５は凹凸変形可能である。構成例４１０は、２つの機構連鎖ＲＬＲ４６０と、２つの機構連鎖ＲＬＲ４６０の間に設けられた機構連鎖ＦＰＲ４６１と、を有する。
【００６７】
機構連鎖ＲＬＲ４６０は、固定リンクＬ４５２の両側に回転ジョイントＲ４５１を有する（即ち、回転ジョイントＲ４５１、固定リンクＬ４５２、回転ジョイントＲ４５１の順で並ぶ）構成を有する。また、機構連鎖ＦＰＲ４６１は、固定ジョイントＦ４５３、直動機構Ｐ４５４、回転ジョイントＲ４５１の順で並ぶ構成を有する。
【００６８】
機構連鎖ＲＬＲ４６０の下側の回転ジョイントＲ（第２の回転ジョイント）４５１と、機構連鎖ＦＰＲ４６１の固定ジョイントＦ４５３がベース１２０に接続される。また、機構連鎖ＲＬＲ４６０の上側の回転ジョイントＲ（第１の回転ジョイント）４５１と機構連鎖ＦＰＲ４６１の回転ジョイントＲ４５１が反射鏡１０５に接続される。
【００６９】
直動機構Ｐは可動部を有する駆動手段である。固定ジョイントＦの機能は、直動機構Ｐをベース１２０へ強固に結合することなので、専用部品として設けなくてもよく、直動機構Ｐを接着またはボルト締結などでベース１２０に固定してもよい。固定リンクＬには、板形状や棒形状などで変形しにくい連結部材を構成すればよい。
【００７０】
図７（ｂ）は、駆動手段が２個の構成例４２０を示す概略図である。構成例４２０は、２つの機構連鎖４６２と、その間に設けられた機構連鎖４６３と、を有する。機構連鎖４６２は、回転ジョイントＲ４５１、直動機構Ｐ４５４、回転ジョイントＲ４５１の順で並ぶ構成を有する。機構連鎖４６３は、回転ジョイントＲ４５１、固定リンクＬ４５２、固定ジョイントＦ４５３の順で並ぶ構成を有する。
【００７１】
機構連鎖４６２の下側の回転ジョイントＲ４５１と、機構連鎖ＦＰＲ４６１の固定ジョイントＦ４５３がベース１２０に接続される。また、機構連鎖４６２の上側の回転ジョイントＲ４５１と機構連鎖４６３の回転ジョイントＲ４５１が反射鏡１０５に接続される。この結果、反射鏡１０５は凹凸変形に加えて、略Ｚ形状の変形が可能である。符号と機能は図７（ａ）と同様である。
【００７２】
図７（ｃ）は、駆動手段が３個の構成例４３０を示す概略図である。構成例４３０は、２つの機構連鎖４６２と、その間に設けられた機構連鎖４６１と、を有する。この結果、反射鏡１０５は、図７（ｂ）の例に加えて、上下移動およびＹ軸回りの姿勢変更が可能である。
【００７３】
図７（ｄ）は、駆動手段が１０個の構成例４４０を示す概略図である。構成例４４０は、反射鏡１０５に接続された５つの回転ジョイントＲ４５１と、ベース１２０に接続された６つの回転ジョイントＲ４５１と、上下の回転ジョイントＲ４５１の間に設けられた１０個の直動機構Ｐ４５４と、を有する。ベース１２０に固定された両端の一対の回転ジョイントＲ４５１以外は、各回転ジョイントＲ４５１に２つの直動機構Ｐ４５４が接続されており、１０個の機構連鎖４６２が設けられている。この結果、反射鏡１０５は、図７（ｃ）の例に加えて、略Ｓ形状および略Ｗ形状の変形と左右移動も可能である。
【００７４】
左右移動が可能な保持機構部１０９を用いると、解像度を上げることが可能な場合がある。左右移動が可能な保持機構部１０９の構成方法としては、より少ない駆動手段の個数でも実現が可能で、例えば、３個で実現することも可能（不図示）である。いずれの構成例においても回転ジョイントは、屈曲柔軟性のある弾性ヒンジとして機能することができる。これはリンクや駆動手段の一部を加工して形成することも可能である。
【００７５】
次に、反射鏡１０５によってフォーカスを調整する方法について説明する。図８は結像光学系１０４によって結像される像面位置が、反射鏡１０５の反射面１０５ａによって見かけの像面位置へ変換される関係を説明する図である。
【００７６】
図８（ａ）に示すように、反射面１０５ａを結像光学系１０４の光軸ＯＡ１（Ｚ軸方向）に対して４５°となる位置６１２に配置した場合、結像光学系１０４の見かけの像面位置６１１は結像光学系１０４の像面位置６１０を９０°回転した位置６１１となる。
【００７７】
また、図８（ｂ）に示すように、反射面１０５ａを結像光学系１０４の光軸ＯＡ１（Ｚ方向）に対して４５°の位置６１２から＋δ°となる位置６１３に配置すると、位置６１０に対応する位置６１５から＋２δ°変化した見かけの像面位置６１４へ変換される。
【００７８】
このように、光路上に反射面１０５ａを配置し、Ｙ方向を軸として回転することにより、結像光学系１０４の見かけの像面位置を変更することができる。
【００７９】
ここで、被写体の結像位置は、被写体の凹凸に応じて変わるので、撮像素子１１０の撮像面の近傍にＸ方向に凹凸のある像を結像する。すなわち、被写体にＺ方向の大きな凹凸があると、平面状の受光面を持つ撮像素子１１０上には全域でフォーカスのあった像を結像できない。撮像素子１１０の撮像面全域でフォーカスの合った画像データを取得するためには、被写体の結像位置を撮像素子１１０の平面状の受光面と極力一致させる必要がある。
【００８０】
そこで、図８で説明したように、結像光学系１０４の見かけの像面位置を再結像光学系１０６の物体面位置に反射鏡１０５で変換するように、保持機構部１０９により反射鏡１０５を移動またはＹ方向を軸とした軸回りに変形させる。すると被写体の結像光学系１０４による結像位置は再結像光学系１０６の物体面位置に略一致し、撮像素子１１０に再結像させることができ、撮像素子１１０の撮像面の全面でフォーカスのあった画像データを取得できる。
【００８１】
以上説明したように、実施例１は、反射鏡１０５をＹ軸と平行する複数の軸回りに面外曲げ変形が可能とし、かつ、これら複数の軸が結像光学系１０４の光軸ＯＡ１および再結像光学系１０６の光軸ＯＡ２の両光軸を含む面と直交する配置としたことである。これにより、反射鏡１０５を変形させて凹凸のある被写体に適応させても再結像光学系１０６の光軸回りの像回転が起きにくくなる。
【００８２】
また、結像光学系１０４の合焦可能範囲内で被写体を移動するために、移動手段１０１に結像光学系１０４の光軸方向に移動する機能を設け、光軸方向に移動する。または、移動手段１０１に結像光学系１０４の光軸方向に対してチルト可能なチルト機能と結像光学系１０４の光軸方向に移動する手段を設け、主走査移動方向の傾斜を変え、かつ、光軸方向に移動する。または、結像光学系１０４より上を、一体的に結像光学系１０４の光軸方向に移動する手段を設ける。この他、撮像素子１１０に移動手段を設け、撮像素子１１０を再結像光学系１０６の光軸方向に移動しても良いし、画像処理手段１３２による画像処理で拡大縮小しても良い。
【００８３】
撮像素子１１０からのアナログ信号をＡ／Ｄ変換することによって得られるデジタル信号を画像処理手段１３２は処理をし、制御手段１３０は記憶手段１３４に記録したり、画像表示手段１３６に表示したりする。
【実施例２】
【００８４】
図９は、実施例２の画像取得装置８１の要部概略図である。実施例２は、撮像素子１１０は画素配列方向をＹ方向とし、反射鏡１０５の面外曲げの軸方向をＸＺ面内でＸ軸と４５度の角度をなす方向としている点で実施例１と相違する。実施例２では、方向をあらわす単位ベクトルのＸ，ＹおよびＺの各成分を（１／√２，０，１／√２）とし、結像光学系１０４の光軸ＯＡ１および再結像光学系１０６の光軸ＯＡ２の両方と撮像素子１１０の画素配列方向を直交している。被写体を移動走査する方向はＸ方向であり、その他の構成は、実施例１とほぼ同様である。
【００８５】
反射鏡１０５の長さ、すなわちＹ方向の寸法Ｌｋは、Ｍ１およびＷｐに対して次のように設定する。
【００８６】
Ｌｋ  ＞  Ｍ１×Ｗｐ                        （４）
つまり、Ｙ方向の長さＷｐの領域がＭ１倍された範囲を反射鏡１０５が反射可能な長さとする。反射鏡１０５の幅Ｗｋは、４５度の傾きを考慮してＭ２およびＷｓに対して次のように設定する。
【００８７】
Ｗｋ  ＞  √２×Ｗｓ／Ｍ２                  （５）
画像取得装置８１は、画像取得装置８０に比べてＬｋを短くできるという特長がある。結像光学系１０４と再結像光学系１０６を近接して配置する光学設計を採用する場合や、装置のＺ方向の高さを低く抑えたい場合などに有効な配置である。
【実施例３】
【００８８】
図１０は、実施例３の画像取得装置８２の主要部概略図である。実施例３は、ミラーユニットＭの反射鏡１０５の面外曲げの軸方向をＸ軸と平行な方向とし、ビームスプリッタ１０７を結像光学系１０４と反射鏡１０５の間に設けている点で実施例２と相違する。
【００８９】
ビームスプリッタ１０７の入射面には結像光学系１０４からの光が入射する。ビームスプリッタ１０７の分離面は、結像光学系１０４からの光を透過して反射鏡１０５に導き、反射鏡１０５からの光を結像光学系１０４の光路外へ偏向させる。再結像光学系１０６は、ビームスプリッタ１０７と撮像素子１１０の間に配置され、ビームスプリッタ１０７で偏向させられた光束を撮像素子１１０の撮像面に再結像させる。その他は実施例１および２と、ほぼ同様である。被写体を移動走査する方向はＸ方向とする。
【００９０】
ビームスプリッタ１０７としては、例えば直方体型のものを用いることができる。これは、三角柱を２つ組み合わせた直方体形状をしており、三角柱の接合面に誘電体多層膜を設け、光の入射面と射出面に反射防止膜を設けた構造である。この時、ビームスプリッタ１０７の材料は、吸収、色分散、偏光の小さい硝材であることが望ましい。
【００９１】
あるいは、ビームスプリッタ１０７は板型（平行平板など）でもよい。これは、平行平板の反射面に誘電体多層膜を設け、この反対側の面に反射防止膜を設けた構造である。吸収、色分散、偏光の小さい硝材であることが好ましい。
【００９２】
反射鏡１０５の表面に結像した被写体の像の形状は反射鏡１０５の形状によって変化するが、結像光学系１０４の光軸ＯＡ１はミラーユニットの反射面にほぼ垂直であるため、実施例３は、その変化をＺ軸方向に限定する。このため、被写体表面の凹凸の影響を補正する際に結像性能には影響を与えない。これに対して、実施例１、２では、反射鏡１０５が光を反射する際に像の回転が生じるため、撮像素子１１０の画素から外れるおそれがあり、結像性能が低下しやすい。
【００９３】
図１１は結像光学系１０４によって結像される像面位置と、反射鏡１０５によって形成される見かけの像面位置の関係を説明する図である。
【００９４】
図１１（ａ）に示すように、結像光学系１０４の像面位置７１０から＋Ｚ方向にＬ１離れた位置７１１に反射鏡１０５の反射面１０５ａを配置した場合を考える。すると、反射面１０５ａで反射した光により、反射面１０５ａから＋Ｚ方向にＬ１離れた位置７１２が見かけの像面位置となる。
【００９５】
また、図１１（ｂ）に示すように、結像光学系１０４の結像位置７１３から−Ｚ方向にＬ２離れた位置７１４に反射面１０５ａを配置した場合を考える。すると、反射面１０５ａで反射した光により、反射面１０５ａから−Ｚ方向にＬ２離れた位置７１５が見かけの像面位置となる。
【００９６】
このように、光路上に反射鏡１０５の反射面１０５ａを配置することにより、結像光学系１０４の見かけの像面位置を変更することができる。
【００９７】
実施例３においても、結像光学系１０４の見かけの像面位置を再結像光学系１０６の物体面位置に反射鏡１０５で変換するように、保持機構部１０９により反射鏡１０５を移動またはＸ方向を軸とした軸回りに変形させる。反射鏡１０５の長さ、すなわちＹ方向の寸法Ｌｋは、Ｍ１およびＷｐに対して次式を目安に設定する。
【００９８】
Ｌｋ  ＞  Ｍ１×Ｗｐ                          （６）
つまりＹ方向の長さＷｐの領域がＭ１倍された範囲を反射鏡１０５が、反射可能な長さとする。反射鏡１０５の幅Ｗｋは、ＷｓおよびＭ２に対して次式を目安に設定する。
【００９９】
Ｗｋ  ＞  Ｗｓ／Ｍ２                          （７）
実施例３は、実施例１と２よりも反射鏡１０５を小さくでき、実施例１と同様に像回転が起きにくいという特徴がある。
【０１００】
実施例１では次式が目安となる。
【０１０１】
Ｌｋ＞√２×Ｍ１×Ｗｐ、Ｗｋ＞      Ｗｓ／Ｍ２        （８）
実施例２では次式が目安となる。
【０１０２】
Ｌｋ＞      Ｍ１×Ｗｐ、Ｗｋ＞√２×Ｗｓ／Ｍ２        （９）
実施例３では次式が目安となる。
【０１０３】
Ｌｋ＞      Ｍ１×Ｗｐ、Ｗｋ＞      Ｗｓ／Ｍ２        （１０）
ここまで説明した実施例１，２および３には、撮像素子１１０を再結像光学系１０６の光軸ＯＡ２を回転軸として回転可能な回転機構（不図示）を追加で備える構成が有効な場合がある。反射鏡１０５を変形させることで生じる再結像光学系１０６の光軸ＯＡ２を回転軸とした像の回転を補正することや、プレパラート１００の移動走査速度と撮像素子１１０の画像データ読出しレートに応じて撮像素子１１０姿勢を適切に変更することなどが可能となる。
【０１０４】
図１２は、結像光学系１０４、ビームスプリッタ１０７、ミラーユニットＭ１、Ｍ２、再結像光学系１０６、撮像素子１１０の関係を示す光路図である。同図において、点線の円で囲った位置Ａ、Ｂ、Ｃに配置された部材に着目すると、位置Ａには撮像素子１１０、位置ＢにはミラーユニットＭ１、位置ＣにはミラーユニットＭ２がそれぞれ配置されている。実施例３では、位置Ａには撮像素子１１０、位置Ｂにはミラーユニットが配置されているが、位置Ｃには何も配置されていない。
【０１０５】
図１３に示す変形例では、位置Ａに撮像素子１１０を配置し、位置Ｂには構成要素がなく、位置ＣにミラーユニットＭ３を配置している。ビームスプリッタ１０７は、結像光学系１０４とミラーユニットＭ３の間の光路に配置され、結像光学系１０４からの光を反射してミラーユニットＭ３の反射面に導き、ミラーユニットの反射面によって反射された光を透過して再結像光学系１０６に導く。図１３では、再結像光学系１０６の光軸ＯＡ２はミラーユニットの反射面にほぼ垂直である。再結像光学系１０６は、ビームスプリッタ１０７を透過した光によってプレパラート１００の光学像を撮像素子１１０に再結像する。図１３は、ミラーユニットＭ３の位置を位置Ｂから位置Ｃに移動した例を示しており、実施例３と同様の効果を有する。
【０１０６】
図１４に示す変形例では、位置Ａに撮像素子１１０を配置し、位置ＢにミラーユニットＭ４を配置し、位置Ｃに情報取得手段１０２Ａを配置している。図１４では、ビームスプリッタ１０７は、結像光学系１０４からの光の一部を透過および反射の一方によってミラーユニットＭ４に導き、結像光学系１０４からの光の一部を透過および反射の他方によって情報取得手段１０２Ａに導く。なお、ミラーユニットＭ４は位置Ｃに配置され、情報取得手段１０２Ａは位置Ｂに配置されてもよい。
【０１０７】
情報取得手段１０２Ａは、撮像素子１１０で現在撮像している被写体の部分の後で撮像される部分の合焦目標位置を検出する。これにより、情報取得手段１０２が不要となり、画像取得装置を小型化することができる。また、撮像素子１１０による撮像と情報取得手段１０２Ａによる情報取得を並行して実施できるので、実施例３よりも画像取得時間を短縮できる。即ち、実施例３では、移動手段１０１を情報取得部と本体で共用し、合焦目標検出の後に撮像するので、時間がかかる。
【０１０８】
図１４では、情報取得手段１０２Ａは、エリアセンサもしくは階段状に画素列を設置し、高さの異なる画素列を複数設けたものを使用する。エリアセンサの受光面はビームスプリッタ１０７の情報取得手段１０２Ａへの射出側の光軸に対して傾斜している。なお、本実施例においては、ビームスプリッタ１０７の射出側の光軸とは、射出面に垂直な軸のことである。制御手段１３０は、エリアセンサまたはＹ方向に伸びる画素列毎から得られた信号のコントラストを計算し、コントラストから前記被写体表面のＺ位置の情報を取得する。プレパラート１００の移動に伴い、プレパラート１００の高さ毎のコントラストを検出し、最も高いコントラストの位置から合焦目標形状を計算する。
【０１０９】
また、情報取得手段１０２Ａは、受光面がビームスプリッタ１０７の情報取得手段１０２Ａへの射出面に垂直な軸に対して垂直である複数の画素列を有するラインセンサから構成されてもよい。この場合、（複数列の）ラインセンサを傾斜させずに設け、このラインセンサを射出面に垂直な軸の方向（Ｘ軸方向）に移動する第１手段を設け、Ｘ軸方向に往復することによって、プレパラート１００の高さ毎のコントラストを検出する。制御手段１３０は、第１手段によって移動されたラインセンサから得られた信号のコントラストから被写体表面のＺ位置の情報を取得する。
【０１１０】
図１５に示す変形例では、位置Ａに撮像素子１１０と情報取得手段１０２Ａを配置し、位置ＢにミラーユニットＭ５を配置し、位置Ｃに変形しない平板鏡（平板ミラー）１５０を配置している。ビームスプリッタ１０７は、結像光学系１０４からの光の一部を透過および反射の一方によってミラーユニットＭ５に導き、結像光学系１０４からの光の残りを透過および反射の他方によって平板鏡１５０に導く。また、ビームスプリッタ１０７は、ミラーユニットＭ５からの光と平板鏡１５０からの光をともに再結像光学系１０６に導く。なお、ミラーユニットＭ５は位置Ｃに配置され、平板鏡１５０は位置Ｂに配置されてもよい。
【０１１１】
情報取得手段１０２Ａは、撮像素子１１０で現在撮像している被写体の部分の後で撮像される部分の情報を平板鏡からの光から取得する。図１５でも、撮像素子１１０による撮像と情報取得手段１０２Ａによる情報取得を並行して実施できるので、実施例３よりも画像取得時間を短縮できる。これにより、図１４に示す変形例と同様の効果を得ることができる。
【０１１２】
また、例えば、情報取得手段１０２Ａは、（複数列の）ラインセンサを傾斜させずに設けたもので、このラインセンサをＸ軸方向に往復することで、プレパラート１００の高さ毎のコントラストを検出する。また、ラインセンサの位置を固定し、平板鏡１５０をＸ軸方向に往復してもよい。
【０１１３】
図１６に示す変形例では、位置Ａに撮像素子１１０を配置し、位置Ｂに第１のミラーユニットＭ６を配置し、位置Ｃに第２のミラーユニットＭ７を配置している。位置Ａでは、撮像素子１１０を増設する。ビームスプリッタ１０７は、結像光学系１０４からの光の一部を透過および反射の一方によって第１のミラーユニットＭ６に導き、結像光学系１０４からの光の残りを透過および反射の他方によって第２のミラーユニットＭ７に導く。また、ビームスプリッタ１０７は、第１のミラーユニットＭ６からの光と第２のミラーユニットＭ７からの光をともに再結像光学系１０６に導く。
【０１１４】
撮像素子１１０の画素列を第１の画素列と第２の画素列とすると、第１の画素列は第１のミラーユニットＭ６からの光を再結像光学系１０６によって再結像された被写体の第１の部分の光学像を光電変換する。また、第２の画素列は第２のミラーユニットＭ７からの光を再結像光学系１０６によって再結像された被写体の、第１の部分とは異なる第２の部分の光学像を光電変換する。なお、上述したように、第１の画素列を有する第１の撮像素子と、第２の画素列を有する第２の撮像素子が設けられてもよい。
【０１１５】
これにより、プレパラート１００の２箇所について、個別に合焦目標形状に応じて反射鏡１０５を変形し、焦点のあった画像を取得する。撮像素子１１０を増設する代わりに、複数の画素列を増設してもよい。
【０１１６】
図１７に示す変形例では、位置Ａに撮像素子１１０を配置し、位置ＢにミラーユニットＭ８を配置し、位置Ｃには構成要素が配置されていない。位置Ｂの反射鏡１０５の向きをＺ軸回りに９０度回転する。また、位置Ａの撮像素子１１０の向きをＸ軸回りに９０度回転する。また、プレパラート１００の主走査移動方向もＺ軸回りに９０度回転し、Ｙ軸方向とする。このような配置でも、実施例３と同様の効果がある。
【０１１７】
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。
【産業上の利用可能性】
【０１１８】
本発明は、デジタル顕微鏡、デジタルカメラ、望遠鏡などに適用することができる。
【符号の説明】
【０１１９】
８０、８１、８２…画像取得装置、１０１…移動手段、１０４…結像光学系、Ｍ〜Ｍ８…ミラーユニット、１０５ａ…反射面、１０６…再結像光学系、１０９…保持機構部（変形手段）、１１０…撮像素子
【図３】
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【図４】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１】
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【図２】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１４】
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【図１５】
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