(57)【要約】【課題】  高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な被検物の画像を取得することができる画像取得装置及び画像取得方法を提供すること。【解決手段】  カバーグラス３０１とカバーグラス３０１に接する試料３０２とを含む被検物３０を保持して移動可能なステージ２０と、被検物３０の像を形成する対物光学系４００と、対物光学系４００を介して被検物３０を撮像する撮像素子５０と、を備える画像取得装置１０００であって、カバーグラス３０１の厚さの計測値に基づいて、試料３０２の表面が対物光学系４００の被写界深度内に入るように、ステージ２０を制御する演算部４を有する。【選択図】  図１
2014238466.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カバーグラスと該カバーグラスに接する試料とを含む被検物を保持して移動可能なステージと、前記被検物の像を形成する対物光学系と、該対物光学系を介して前記被検物を撮像する撮像素子と、を備える画像取得装置であって、
前記カバーグラスの厚さの計測値に基づいて、前記試料の表面が前記対物光学系の被写界深度内に入るように、前記ステージを制御する演算部を有することを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記演算部は、前記カバーグラスの厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、に基づいて前記カバーグラスの目標位置を演算し、前記カバーグラスの位置が前記目標位置に一致するように前記ステージの位置を制御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】
前記演算部は、前記カバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、に基づいて前記ステージを制御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４】
前記演算部は、前記カバーグラスにおける複数箇所のうちの少なくとも１箇所での厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、に基づいて前記カバーグラスの目標位置を演算し、前記カバーグラスにおける複数箇所のうちの少なくとも１箇所での位置が前記目標位置に一致するように前記ステージの位置を制御することを特徴とする請求項３に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記カバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値と、前記複数箇所のうちの少なくとも２箇所の間の距離の計測値と、に基づいて、前記ステージの姿勢を制御することを特徴とする請求項３又は４に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記演算部は、前記カバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値と、前記複数箇所のうちの少なくとも２箇所の間の距離の計測値と、に基づいて前記ステージの目標姿勢を演算し、前記ステージの姿勢が前記目標姿勢に一致するように前記ステージの姿勢を制御することを特徴とする請求項５記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記演算部は、前記カバーグラスの厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、前記カバーグラスの表面形状と、に基づいて前記ステージの姿勢を制御することを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記カバーグラスの位置を計測する第１計測器を有することを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記ステージを移動して、前記第１計測器により前記カバーグラスにおける複数箇所での前記カバーグラスの位置を計測することを特徴とする請求項８に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記第１計測器は、前記カバーグラスの位置を計測する箇所での厚さを計測することを特徴とする請求項８又は９に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
前記カバーグラスの位置は、前記対物光学系の撮像基準面から前記カバーグラスの表面までの距離であることを特徴とする請求項８乃至１０のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１２】
前記第１計測器と同じ基準からの距離を計測する計測器をさらに有することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１３】
前記ステージの位置を計測する第２計測器を有することを特徴とする請求項１乃至１２のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１４】
前記ステージの位置は、前記対物光学系の撮像基準面から前記ステージのステージ基準面までの距離であることを特徴とする請求項１３に記載の画像取得装置。
【請求項１５】
前記第２計測器は、前記ステージにおける複数箇所での位置を計測し、前記演算部は、前記第２計測器の計測値に基づいて前記撮像基準面に対する前記ステージ基準面の傾きを前記ステージの姿勢として演算することを特徴とする請求項１４に記載の画像取得装置。
【請求項１６】
前記画像取得装置は顕微鏡であり、前記対物光学系は拡大系であることを特徴とする請求項１乃至１５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１７】
カバーグラスと該カバーグラスに接する試料とを含む被検物を保持して移動可能なステージと、前記被検物の像を形成する対物光学系と、該対物光学系を介して前記被検物を撮像する撮像素子と、を備える画像取得装置における画像取得方法であって、
前記カバーグラスの厚さを計測する第１の工程と、
前記カバーグラスの厚さの計測値に基づいて、前記試料の表面が前記対物光学系の被写界深度内に入るように、前記ステージを制御する第２の工程と、
を有することを特徴とする画像取得方法。
【請求項１８】
前記第２の工程において、前記カバーグラスの厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、に基づいて前記カバーグラスの目標位置を演算し、前記カバーグラスの位置が前記目標位置に一致するように前記ステージの位置を制御することを特徴とする請求項１７に記載の画像取得方法。
【請求項１９】
前記第１の工程において、前記カバーグラスにおける複数箇所での厚さを計測することを特徴とする請求項１７に記載の画像取得方法。
【請求項２０】
前記第２の工程において、前記カバーグラスにおける複数箇所のうちの少なくとも１箇所での厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、に基づいて前記カバーグラスの目標位置を演算し、前記カバーグラスにおける複数箇所のうちの少なくとも１箇所での位置が前記目標位置に一致するように前記ステージの位置を制御することを特徴とする請求項１９に記載の画像取得方法。
【請求項２１】
前記第２の工程において、前記カバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値と、前記複数箇所のうちの少なくとも２箇所の間の距離の計測値と、に基づいて、前記ステージの姿勢を制御することを特徴とする請求項１９又は２０に記載の画像取得方法。
【請求項２２】
前記第２の工程において、前記カバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値と、前記複数箇所のうちの少なくとも２箇所の間の距離の計測値と、に基づいて前記ステージの目標姿勢を演算し、前記ステージの姿勢が前記目標姿勢に一致するように前記ステージの姿勢を制御することを特徴とする請求項２１記載の画像取得方法。
【請求項２３】
前記第２の工程において、前記カバーグラスの厚さの計測値と、前記対物光学系のフォーカス位置と、前記カバーグラスの表面形状と、に基づいて前記ステージの姿勢を制御することを特徴とする請求項１７乃至２２のいずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項２４】
前記対物光学系のフォーカス位置を取得する工程を有することを特徴とする請求項１７乃至２３のいずれか１項に記載の画像取得方法。
【請求項２５】
前記対物光学系のフォーカス位置を取得する工程は、前記ステージに基準プレパラートを設置し、前記ステージを前記対物光学系の光軸方向に駆動して前記基準プレパラートを複数回撮像し、得られた複数の画像からフォーカス画像を検出するステップと、前記フォーカス画像を取得した時の位置に前記ステージを位置決めし、前記対物光学系の撮像基準面から前記基準プレパラートの表面までの距離を計測し、該計測値を前記フォーカス位置として取得するステップと、を有することを特徴とする請求項２４に記載の画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は画像取得装置に関し、例えば、病理標本の画像データを取得する顕微鏡に好適である。
【背景技術】
【０００２】
病理学の分野等で、画像取得装置（顕微鏡）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（バーチャルスライド画像）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。
【０００３】
特許文献１では、プレパラートの高解像度の画像を取得するために、高い解像力を持つ対物光学系を用いた顕微鏡が提案されている。また、特許文献２には、自動フォーカス調整を行う際に、標本の厚さに基づいてサーチ範囲を設定することにより、効率的にコントラスト値が最大となる位置を検出することができる顕微鏡が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−００３０１６号公報
【特許文献２】特開２００９−２２３１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、カバーグラスの厚さは、プレパラート毎に３０ｕｍ〜５０ｕｍ程度ばらつくことが知られている。よって、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合、その焦点深度が浅くなるため、プレパラート毎のカバーグラスの厚さのばらつきによるフォーカスずれを無視できなくなる。
【０００６】
特許文献１及び２に係る顕微鏡においては、カバーグラスの厚さのフォーカスへの影響を考慮していないため、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合に良好なデジタル画像を取得することが難しくなる。
【０００７】
そこで、本発明は、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な被検物の画像を取得することができる画像取得装置及び画像取得方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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、カバーグラスと該カバーグラスに接する試料とを含む被検物を保持して移動可能なステージと、前記被検物の像を形成する対物光学系と、該対物光学系を介して前記被検物を撮像する撮像素子と、を備えており、前記カバーグラスの厚さの計測値に基づいて、前記試料の表面が前記対物光学系の被写界深度内に入るように、前記ステージを制御する演算部を有することを特徴とする。
【０００９】
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形態によって明らかにされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な被検物の画像を取得することができる画像取得装置及び画像取得方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施例１に係る画像取得装置の概略図である。
【図２】実施例１に係るプレパラート（被検物）の概略図である。
【図３】実施例１に係る反射ミラーと再結像光学系と撮像素子との配置を示す図である。
【図４】実施例１に係る画像取得方法を示すフローチャート。
【図５】対物光学系のフォーカス位置の計測方法を説明するための図である。
【図６】実施例１に係るフォーカスの調整方法を説明するための図である。
【図７】実施例２に係る画像取得方法を示すフローチャート。
【図８】実施例２に係るカバーグラスの厚さの計測方法を説明するための図である。
【図９】実施例２に係るフォーカスの調整方法を説明するための図である。
【図１０】実施例３に係る画像取得装置の要部概略図である。
【図１１】実施例３に係る画像取得方法を示すフローチャート。
【図１２】実施例３に係るフォーカスの調整方法を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
［実施例１］
図１は、本実施例に係る画像取得装置１０００の要部概略図である。画像取得装置１０００は、撮像部１と、計測部２と、検出部３と、演算部４と、ステージ２０とを備えている。撮像部１は、照明光学系１０と、結像光学系４０と反射ミラー７０と再結像光学系６０とを含む対物光学系４００と、撮像素子５０と、第１計測器１００と、第２計測器６０１を有する。また、計測部２は、表面形状計測器９０及び第３計測器９０１を有し、検出部３は、カメラ８０及び撮像台８２を有する。演算部４は、メモリ５００に記憶されたプログラムに基づいて、後述する各データの取得や駆動指令値の演算、及びステージを２０の制御などを行う。
【００１４】
ステージ２０は、観察対象の被検物としてのプレパラート３０を保持して移動可能に構成されており、演算部４による駆動指令に応じて、撮像部１と計測部２との間を移動することができる。また、ステージ２０は、プレパラート３０のＸＹ方向の位置を変更可能なＸＹステージ２３と、プレパラート３０のＺ方向、θｘ方向、θｙ方向の位置を変更可能なＺチルトステージ２４とを含む。ここで、Ｚ方向は結像光学系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。ステージ２０は、このＸＹステージ２３及び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。なお、ステージ２０は、不図示の駆動機構を含んでおり、その駆動機構としては市販のゴニオステージなどの揺動機構や、回転ステージなどの回転機構を用いてもよい。
【００１５】
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、撮像部１と計測部２との間を移動する際にも、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及びＺチルトステージ２４には、撮像部１における照明光学系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。
【００１６】
本実施例では、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により密着固定され、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の識別番号やカバーグラス３０１の厚さなどの、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。
【００１７】
以下、図１に基づいて、画像取得装置１０００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。
【００１８】
まず、ストッカー２００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検出部３における撮像台８２に搬送する。そして、検出部３では、カメラ８０によりプレパラート３０を撮像し、プレパラート３０のうち試料が存在する領域（試料領域）を検出する。なお、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の全域を撮像できるものとする。検出部３によれば、後述する計測部２での計測や撮像部１での画像取得に先立って、試料領域情報８１を取得することができる。よって、試料が存在する領域のみを計測及び撮像の対象とすることができるので、画像取得装置１０００での全体の処理を高速化することができる。
【００１９】
次に、移動手段２５０によって、プレパラート３０を計測部２に位置するステージ２０に載置する。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。具体的には、ＸＹステージ２３をＸＹ方向に移動（スキャン駆動）しながら、表面形状計測器９０によってプレパラート３０におけるカバーグラス又は試料の表面のＺ方向の位置（Ｚ位置）を計測する。この計測値を演算部により演算することで、カバーグラス又は試料の全域の表面形状情報を取得することができる。
【００２０】
なお、本実施例では、表面形状計測器９０として距離センサを用いているが、例えば、カバーグラス又は試料の表面形状を一括して計測できるシャックハルトマンセンサ等を用いてもよい。この時、演算部４は、検出部３で取得した試料領域情報８１に基づいて表面形状計測器９０に対して計測指令を送ることにより、プレパラート３０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。
【００２１】
図１に示すように、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の位置や姿勢を計測するための、第３計測器９０１を備えている。本実施例においては、第３計測器９０１として３個の距離センサ９０１ａ〜９０１ｃを設けている（図１では、そのうちの２つのみを図示している）。距離センサ９０１ａ〜９０１ｃの夫々は、Ｚチルトステージ２４の上面であるステージ基準面Ａまでの距離を計測し、夫々の位置関係及び計測値よりステージ基準面Ａの位置及び姿勢の情報を取得することができる。すなわち、表面形状計測器９０による計測結果から、Ｚチルトステージ２４の姿勢の影響を除去することにより、カバーグラス又は試料の正確な表面形状（表面形状情報９１）を取得することができる。
【００２２】
次に、ステージ２０により、表面形状計測が行われたプレパラート３０を撮像部１における計測位置（第１計測器１００の下）に移動し、カバーグラスの厚さ計測を行う。本実施例に係る第１計測器１００は、結像光学系４０と同一の構造体により支持されており、分光干渉方式を用いた計測を行うものである。具体的には、第１計測器１００は、センサヘッド内部に参照反射面を有しており、被検物からの反射光と参照反射面からの反射光とを干渉させ、その干渉光を波長ごとに分光してセンサで検知する構成を採っている。この構成により、各波長の干渉光の強さに基づいて、被検物までの距離を計測することができる。この時、第１計測器１００により、プレパラート３０におけるカバーグラスの表面までの距離及び試料の表面までの距離の両方を計測することで、カバーグラスの厚さを計測することができる。
【００２３】
その後、ステージ２０により、プレパラート３０を撮像部１における撮像位置（結像光学系４０の下）に移動する。撮像部１では、照明光学系１０によってプレパラート３０を照明し、プレパラート３０からの光束を結像光学系４０によって反射ミラー７０の近傍に集光している。さらに、反射ミラー７０で反射された光束が再結像光学系６０によって集光され、撮像素子５０の撮像面上に試料の拡大像が形成される。この時、演算部４は、検出部３及び計測部２の夫々により取得した試料領域情報８１及び表面形状情報９１に基づいて撮像部１に対して計測指令を送ることにより、試料の大きさや形状に応じた撮像を行うことができる。
【００２４】
なお、本実施例では、図３に示すように、反射ミラー７０、再結像光学系６０、撮像素子５０、の夫々を、互いに干渉しないように４つずつ配置している。ここで、１回の撮像で各撮像素子５０が撮像できる領域（撮像領域）同士の間の隙間を埋めるために、ＸＹステージ２３を移動して複数回の撮像（ステップ撮像）を行うことで、試料３０２の全体の画像を取得することができる。なお、反射ミラー７０、再結像光学系６０、撮像素子５０、の夫々の数や配置は、結像光学系４０の視野や各撮像素子５０の撮像領域の大きさなどに応じて適宜決定することができる。
【００２５】
そして、撮像部１において取得した撮像情報を、演算部４において処理することにより、プレパラート３０のデジタル画像を取得することができる。撮像部１における画像取得動作が完了すると、プレパラート３０を保持するステージ２０は計測部２における表面形状計測器９０の下に移動し、プレパラート３０は移動手段２５０により撮像台８２に移動される。そして、プレパラート３０は、不図示の搬送手段２０１によりストッカー２００に格納される。
【００２６】
ここで、図１に示すように、結像光学系４０には、Ｚチルトステージ２４の位置及び姿勢を計測するための第２計測器６０１が取り付けられている。なお、第１計測器１００及び第２計測器６０１夫々は、結像光学系４０の光軸に垂直な基準面（撮像基準面Ｂ）からの距離を計測できるように校正されている。本実施例では、対物光学系４００の入射面を撮像基準面Ｂとしているが、これに限らず、例えば、対物光学系４００を組み立てる際の基準として用いられる面を撮像基準面Ｂとして設定してもよい。夫々の計測結果に応じて、Ｚチルトステージ２４の位置決めを行うことが可能になる（詳細は後述）。第２計測器６０１は３個の距離センサ６０１ａ〜６０１ｃを含み、これらの距離センサ６０１ａ〜６０１ｃの計測情報と夫々のセンサの位置関係から、撮像基準面Ｂに対するステージ基準面Ａの位置及び傾きを計測することができる。
【００２７】
以下、図４に示すフローチャートを用いて、本実施例に係るＺチルトステージ２４の位置決め方法（フォーカス調整方法）を含む画像取得方法について詳しく説明する。なお、図４に示すフローチャートの処理は、特に断りがない限り演算部４により行われるものとする。本実施例に係る画像取得装置１０００は、図４のフローチャートに従ったプログラムをメモリ５００に記憶させて、演算部４によりそのプログラムを実行するように構成している。なお、演算部４は、例えば、ＰＣやマイコンボード、産業用コントローラなどにおけるＣＰＵを指している。
【００２８】
初めに、演算部４は、基準プレパラート３１に基づいて対物光学系４００のフォーカス位置を取得する処理（準備工程）を行う。なお、基準プレパラート３１の表面は平坦（フォーカスへの影響を無視できる程度の平面度を有する）であり、その表面には合焦状態を検出するための模様が描画されている。具体的には、まず、図５（ａ）に示すように、基準プレパラート３１が設置されたＺチルトステージ２４をＺ方向に駆動して、撮像部１に基準プレパラート３１を複数回撮像させる。演算部４は、取得した複数の画像からフォーカス画像（コントラスト値が許容値である画像）を検出する（ステップＳ４０１）。
【００２９】
また、図５（ｂ）に示すように、フォーカス画像を取得した時の位置にＺチルトステージ２４を位置決めする。さらに、図５（ｃ）に示すように、ＸＹステージ２３を駆動して、基準プレパラート３１の表面における点Ｐ０が第１計測器１００の計測位置となるように位置決めする（ステップＳ４０２）。この時、基準プレパラート３１の姿勢及びＺ方向の位置を変化させないように、ＸＹステージ２３のみを駆動している。そして、演算部４は、第１計測器１００に撮像基準面Ｂから点Ｐ０までの距離を計測させ、この時の計測値をフォーカス位置Ｚ’０として記憶する（ステップＳ４０３）。
【００３０】
なお、前述したフォーカス画像とは、基準プレパラート３１の表面が対物光学系４００の被写界深度内に入る時に取得した画像のことを指しており、本実施例では、コントラスト値が最大である画像をフォーカス画像（ベストフォーカス画像）としている。よって、本実施例に係るフォーカス位置Ｚ’０は、基準プレパラート３１の表面がベストフォーカスとなる位置（ベストフォーカス位置）である。
【００３１】
次に、演算部４は、カバーグラス３０１の位置及び厚さを計測する処理を実行する（第１の工程）。まず、図６（ａ）に示すように、観察対象のプレパラート３０が設置されたＸＹステージ２３を、カバーグラス３０１の表面が第１計測器１００の計測位置に配置されるように、位置決めする（ステップＳ４０４）。演算部４は、第１計測器１００にカバーグラス３０１の位置（撮像基準面Ｂからカバーグラス３０１の表面における点Ｐ’までの距離）Ｚ’と、カバーグラス３０１の厚さｄとを計測させる（ステップＳ４０３）。
【００３２】
さらに、演算部４は、Ｚチルトステージ２４を対物光学系４００のフォーカス位置に位置決めする処理（第２の工程）を行う。まず、図６（ｂ）に示すように、ＸＹステージ２３を駆動してプレパラート３０を撮像位置に移動させる。この時、演算部４は、フォーカス位置Ｚ’０と、カバーグラス３０１の厚さｄと、に基づいて、次式（１）で表される目標位置Ｚ’ｒｅｆを演算する（ステップＳ４０６）。
Ｚ’ｒｅｆ＝Ｚ’０−ｄ／Ｎ      ・・・（１）
【００３３】
なお、式（１）では、カバーグラス３０１の厚さｄに対して、予め記憶しておいたカバーグラス３０１の屈折率Ｎを考慮している。さらに、演算部４は、カバーグラス３０１の位置Ｚ’と目標位置Ｚ’ｒｅｆとの差分ｅｒｒＺ’を演算する（ステップＳ４０７）。
【００３４】
そして、演算部４は、カバーグラス３０１の位置Ｚ’が目標位置Ｚ’ｒｅｆに一致するように、すなわちＺチルトステージ２４の移動距離が差分ｅｒｒＺ’に一致するように、指令値Ｚｃｏｍを演算する。この時、第２計測器６０１の計測値Ｚ（撮像基準面Ｂからステージ基準面Ａまでの距離）を参照している。この指令値Ｚｃｏｍに応じて、Ｚチルトステージ２４をＺ方向にｅｒｒＺ’だけ移動させることにより、撮像基準面Ｂから試料３０２の表面の点Ｐまでの距離をフォーカス位置Ｚ’０に一致させることができる。このようにして、Ｚチルトステージ２４の位置を調整し、その位置を固定する。これにより、図６（ｃ）に示すように、プレパラート３０における試料３０２の表面を対物光学系４００のフォーカス位置に位置決めすることができる（ステップＳ４０８）。
【００３５】
以上、本実施例に係る画像取得装置は、演算部により、第１計測器で計測したカバーグラスの厚さの計測値に基づいて、試料の表面が対物光学系の被写界深度内に入るようにステージを制御している。これにより、プレパラートにおけるカバーグラスの厚さを考慮してステージの位置を調整できるため、試料の表面を対物光学系のフォーカス位置に位置決めすることができる。よって、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な試料の画像を取得することができる。
【００３６】
［実施例２］
以下、本発明の実施例２について説明するが、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。
【００３７】
上述の実施例１では、カバーグラス３０１の厚さが均一であるとみなし、カバーグラス３０１の１箇所（１点）における厚さのみを計測して、Ｚチルトステージ２４の位置決めを行っている。しかし、一般的なカバーグラスの厚さは、ＸＹ方向の位置毎に４ｕｍ〜１０ｕｍ程度のムラ（ばらつき）があることが知られている。よって、高い解像力を持つ対物光学系４００を備えた画像取得装置１０００においては、カバーグラス３０１の厚さムラを考慮して、Ｚチルトステージ２４の位置決めを行うことがより望ましい。
【００３８】
そこで、本実施例では、カバーグラス３０１の複数箇所（複数の点）において厚さを計測し、カバーグラス３０１の厚さムラを考慮してＺチルトステージ２４の位置決めを行う。以下、図７に示すフローチャートを用いて、本実施例に係るＺチルトステージ２４の位置決め方法（フォーカス調整方法）を含む画像取得方法について詳しく説明する。
【００３９】
初めに、実施例１と同様に、演算部４により基準プレパラート３１に基づいて対物光学系４００のフォーカス位置Ｚ’０を取得する処理を行う（準備工程：ステップＳ７０１〜Ｓ７０３）。そして、演算部４は、カバーグラス３０１における複数箇所での位置及び厚さを計測する処理を実行する（第１の工程）。なお、本実施例では、図８に示すような厚さムラが生じたカバーグラス３０１を含むプレパラート３０を観察対象としている。
【００４０】
まず、図９（ａ）に示すように、観察対象のプレパラート３０が設置されたＸＹステージ２３を、プレパラート３０におけるカバーグラス３０１の表面が第１計測器１００の計測位置に配置されるように位置決めする（ステップＳ７０４）。また、演算部４は、第１計測器１００にカバーグラス３０１の位置（撮像基準面Ｂからカバーグラス３０１の表面における点Ｐ１’までの距離）Ｚ１’と、カバーグラス３０１における点Ｐ１’での厚さｄ１とを計測させる。さらに、演算部４は、ＸＹステージ２３をＸＹ方向に移動し、第１計測器１００に点Ｐ１’とは異なる点Ｐ２’でのカバーグラス３０１の厚さｄ２を計測させる（ステップＳ７０５）。
【００４１】
次に、演算部４は、Ｚチルトステージ２４を対物光学系４００のフォーカス位置に位置決めする処理（第２の工程）を行う。まず、演算部４は、前述したフォーカス位置Ｚ’０と、カバーグラス３０１の厚さｄ１及びｄ２と、に基づいて、次式（２）及び（３）で表される目標位置Ｚ１’ｒｅｆ及びＺ２’ｒｅｆを演算する（ステップＳ７０６）。
Ｚ１’ｒｅｆ＝Ｚ’０−ｄ１／Ｎ      ・・・（２）
Ｚ２’ｒｅｆ＝Ｚ’０−ｄ２／Ｎ      ・・・（３）
【００４２】
なお、式（２）及び（３）では、カバーグラス３０１の厚さｄ１、ｄ２の夫々に対して、予め記憶しておいたカバーグラス３０１の屈折率Ｎを考慮している。また、演算部４は、カバーグラス３０１における少なくとも１箇所での位置Ｚ１’と目標位置Ｚ１’ｒｅｆとの差分ｅｒｒＺ１’を演算する（ステップＳ７０７）。
【００４３】
さらに、演算部４は、目標位置Ｚ１’ｒｅｆ及びＺ２’ｒｅｆと、カバーグラス３０１における少なくとも２箇所（点Ｐ１’及びＰ２’）の間の距離ｄＬｘと、に基づいて、目標姿勢θｙ’ｒｅｆを演算する（ステップＳ７０８）。目標姿勢θｙ’ｒｅｆは、次式（４）で表されるＺチルトステージ２４のＹ軸周りの目標姿勢である。
θｙ’ｒｅｆ＝（Ｚ２’ｒｅｆ−Ｚ１’ｒｅｆ）／ｄＬｘ
＝（ｄ１−ｄ２）／ＮｄＬｘ                  ・・・（４）
【００４４】
なお、距離ｄＬｘは、厚さｄ１の計測後に厚さｄ２を計測する際のＸＹステージ２３の移動距離などに基づいて、演算部４により算出される。図８に示したように、目標姿勢θｙ’ｒｅｆは、カバーグラス３０１の表面における点Ｐ１’と点Ｐ２’とを結ぶ線と試料３０２の表面における点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ線とが成す角度に相当する。
【００４５】
また、演算部４は、図９（ｂ）に示すように、ＸＹステージ２３を駆動してプレパラート３０を撮像位置に移動させる。そして、カバーグラス３０１における少なくとも１箇所での位置Ｚ１’が目標位置Ｚ１’ｒｅｆに一致し、かつＺチルトステージ２４の姿勢が目標姿勢θｙ’ｒｅｆに一致するように、Ｚチルトステージ２４を駆動する。具体的には、まず、第２計測器６０１の計測値Ｚ（撮像基準面Ｂからステージ基準面Ａまでの距離）と計測値θｙ（撮像基準面Ｂに対するステージ基準面ＡのＹ軸周りの傾き）とを参照して指令値Ｚｃｏｍを演算する。
【００４６】
この指令値Ｚｃｏｍに応じて、Ｚチルトステージ２４をＺ方向にｅｒｒＺ１’だけ駆動し、かつＹ軸周りにθｙ’ｒｅｆだけ駆動する。このようにして、Ｚチルトステージ２４の位置及び姿勢を調整し、その位置及び姿勢を固定する。これにより、図９（ｃ）に示すように、プレパラート３０における試料３０２の表面を対物光学系４００のフォーカス位置に位置決めすることができる（ステップＳ７０９）。なお、Ｚチルトステージ２４のＸ軸周りの傾きについても、Ｙ軸周りの傾きと同様に位置決めすることができる。
【００４７】
以上、本実施例に係る画像取得装置は、演算部により、第１計測器で計測したカバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値に基づいて、試料の表面が対物光学系の被写界深度内に入るようにステージを制御している。これにより、プレパラートにおけるカバーグラスの厚さムラを考慮してステージの位置及び姿勢を調整できるため、試料の表面を対物光学系のフォーカス位置に位置決めすることができる。よって、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な試料の画像を取得することができる。
【００４８】
［実施例３］
以下、本発明の実施例３について説明するが、実施例１、２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。
【００４９】
上述の実施例１及び２では、カバーグラス３０１の表面形状と厚さとを、夫々表面形状計測器９０と第１計測器１００とにより別々に計測しているため、夫々の計測に対して時間を要する。また、実施例２では、厚さムラを計測する工程を有しており、表面形状の計測と厚さムラの計測との夫々において、ＸＹステージ２３をステップ駆動しているため、画像取得装置１０００の全体のスループットが低下してしまう。
【００５０】
さらに、実施例１及び２では、対物光学系４００のフォーカス位置及びカバーグラス３０１の位置の計測を第１計測器１００により行なっている。よって、ＸＹステージ２３を第１計測器１００の計測位置から撮像部１の撮像位置に移動する動作や、カバーグラス３０１の位置と目標位置との差分の演算が必要となり、夫々に時間を要してしまう。
【００５１】
そこで、本実施例では、図１０に示すように、計測部２における表面形状計測器９０の代わりに、第１計測器１００と同様の構成を持つ第４計測器１００’を設けることにより、カバーグラス３０１の表面形状と厚さとを同時に計測できるようにする。さらに、本実施例では、第４計測器１００’及び第３計測器９０１の夫々を、共通の計測基準面Ｃからの距離を計測できるように（同じ距離計測値を取得するように）校正している。
【００５２】
これにより、表面形状情報の取得と同時に、ステージ基準面Ａの位置に対するカバーグラス３０１の相対位置を取得することができる。これにより、上述したようなスループットの低下を抑制することができ、かつ、撮像部１において第１計測器１００を設ける必要がなくなり、装置の小型化やコストの低減を実現できる。
【００５３】
以下、図１１に示すフローチャートを用いて、本実施例に係るＺチルトステージ２４の位置決め方法（フォーカス調整方法）を含む画像取得方法について詳しく説明する。
【００５４】
初めに、実施例１と同様に、演算部４により基準プレパラート３１に基づいて対物光学系４００のフォーカス位置Ｚ０を取得する処理を行う（準備工程）。まず、演算部４は、図１２（ａ）に示すように、基準プレパラート３１を設置したＺチルトステージ２４をＺ方向に駆動して撮像部１に複数回撮像させ、取得した複数の画像からフォーカス画像を検出する（ステップＳ１１０１）。そして、図１２（ｂ）に示すように、フォーカス画像を取得した時の位置にＺチルトステージ２４を位置決めする。この時、演算部４は、第２計測器６０１に撮像基準面Ｂからステージ基準面Ａまでの距離を計測させ、計測値をフォーカス位置Ｚ０として記憶する（ステップＳ１１０２）。
【００５５】
次に、演算部４は、カバーグラス３０１の厚さ及び表面形状を計測する処理を実行する（第１の工程）。まず、図１０に示すように、観察対象のプレパラート３０が設置されたＸＹステージ２３を、カバーグラス３０１の表面が計測部２における第４計測器１００’の計測位置に配置されるように位置決めする（ステップＳ１１０３）。そして、演算部４は、第４計測器１００’にカバーグラス３０１の表面形状と厚さｄとを計測させる（ステップＳ１１０４）。
【００５６】
さらに、演算部４は、Ｚチルトステージ２４を対物光学系４００のフォーカス位置に位置決めする処理（第２の工程）を行う。まず、図１２（ｃ）に示すように、プレパラート３０におけるカバーグラス３０１の表面が撮像位置に配置されるように、ＸＹステージ２３を位置決めする。この時、演算部４は、図１０に示したように、フォーカス位置Ｚ０とカバーグラス３０１の厚さｄとに基づいて、次式（５）で表される目標位置Ｚｒｅｆを演算する（ステップＳ１１０５）。
Ｚｒｅｆ＝Ｚ０−ｄ／Ｎ      ・・・（５）
【００５７】
そして、演算部４は、第２計測器６０１の計測値Ｚ（撮像基準面Ｂからステージ基準面Ａまでの距離）が目標位置Ｚｒｅｆに一致するように、指令値Ｚｃｏｍを演算する。すなわち、この指令値Ｚｃｏｍに応じてＺチルトステージ２４をＺ方向に移動させることにより、Ｚチルトステージ２４の位置Ｚを目標位置Ｚｒｅｆに一致させることができる。これにより、図１２（ｄ）に示すように、プレパラート３０における試料３０２の表面を対物光学系４００のフォーカス位置に位置決めすることができる（ステップＳ１１０６）。
【００５８】
なお、本実施例においても、実施例２のようにカバーグラス３０１の厚さムラを考慮したフォーカス調整を行なってもよい。また、第４計測器１００’における計測は、上述したフォーカス位置の計測の前後に行なってもよいし、フォーカス位置の計測と同時に行なってもよい。
【００５９】
以上、本実施例に係る画像取得装置は、演算部により、第４計測器で計測したカバーグラスの厚さの計測値に基づいて、試料の表面が対物光学系の被写界深度内に入るようにステージを制御している。これにより、プレパラートにおけるカバーグラスの厚さを考慮してステージの位置を調整できるため、試料の表面を対物光学系のフォーカス位置に位置決めすることができる。また、第４計測部においてカバーグラスの表面形状と厚さとを同時に計測可能な構成をとることで、フォーカス調整の際のスループットを向上させることができる。
【００６０】
［変形例］
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及び変更が可能である。
【００６１】
例えば、上述した各実施例おいては、ステージの移動のみによってフォーカス調整を行っているが、それに加えて、反射ミラーや撮像素子をカバーグラスの表面形状情報に応じて駆動することによりフォーカス調整を行なってもよい。さらに、カバーグラスの表面形状情報に基づいて、Ｚチルトステージの姿勢を調整するようにしてもよい。
【００６２】
また、上述した各実施例おいて、カバーグラスや試料の表面がうねっている場合は、演算部によりその表面の近似平面を求めてから、上述のフォーカス調整を適用してもよい。また、上述のフォーカス調整は、プレパラートにおける試料の表面の複数の点において行なってもよいし、その表面（近似平面）における中心点に対してのみ行なってもよい。
【００６３】
また、上述したメモリを画像取得装置の内部に搭載してもよいし、外部メモリとして通信により演算部に情報を伝達するようにしてもよい。ここで、対物光学系のフォーカス位置は、予め演算部やメモリに記憶させておけば画像取得装置において計測する必要はない。例えば、外部の装置で取得したフォーカス位置の情報を、演算部により受信するようにしてもよい。
【００６４】
また、第２計測器及び第３計測器の夫々が３個の距離センサを有する構成について説明したが、夫々の計測器はこの構成に限らない。すなわち、計測器の計測値によって上述した姿勢の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、計測器として距離センサ以外のセンサを用いてもよい。
【００６５】
なお、実施例１及び２においては、第１計測器と第２計測器とを兼用してもよく、例えば、第２計測器における距離センサのうちの一つを第１計測器として用いてもよい。あるいは、第１計測器が計測するカバーグラスの位置及び厚さの夫々を、別々の計測器により計測するようにしてもよい。
【００６６】
実施例２においては、カバーグラスにおける２箇所での厚さを計測しているが、厚さを計測する箇所の数はこれに限らず、２箇所以上であればよい。なお、３箇所以上での厚さを計測する場合は、少なくとも１箇所における目標位置を演算し、かつ少なくとも２箇所の間の距離から目標姿勢を演算すれば、カバーグラスの厚さムラを考慮したフォーカス調整を行うことができる。
【００６７】
各実施例おいて、試料の全体を撮像する際にステップ撮像を行なっているが、本発明は試料の全体をスキャンする構成に対しても適用可能である。また、本発明に係る画像取得装置は、対物光学系全体を拡大系として試料を拡大して観察する顕微鏡に限ることはなく、例えば、基板などの外観検査（異物の付着、キズの検査等）を行う検査装置としても好適である。
【符号の説明】
【００６８】
４  演算部
２０  ステージ
３０  被検物
５０  撮像素子
３０１  カバーグラス
３０２  試料
４００  対物光学系
１０００  画像取得装置
【図１】
2014238466.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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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】
2014238466.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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