(57)【要約】【課題】  試料の表面に深さ方向の凸凹がある場合でも、簡易な構成で試料全体の良好な画像データを得ることができる画像取得装置を提供すること。【解決手段】  物体３０を結像する結像光学系４０と、結像光学系４０により結像された物体３０を再結像する再結像光学系７０と、結像光学系４０と再結像光学系７０との間の光路上に配置される反射部材６０と、再結像光学系７０により再結像された物体３０を撮像する撮像素子８０と、を備える画像取得装置３０００であって、反射部材６０は、結像光学系４０の光軸の方向と再結像光学系７０の光軸の方向とに対して垂直な軸６１を回転軸として傾きを変更可能であり、撮像素子８０は、再結像光学系７０の光軸の方向と反射部材６０の回転軸６１の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能である。【選択図】  図１
2014026025.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体を結像する結像光学系と、該結像光学系により結像された該物体を再結像する再結像光学系と、該結像光学系と該再結像光学系との間の光路上に配置される反射部材と、該再結像光学系により再結像された該物体を撮像する撮像素子と、を備える画像取得装置であって、
前記反射部材は、前記結像光学系の光軸の方向と前記再結像光学系の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能であり、
前記撮像素子は、前記再結像光学系の光軸の方向と前記反射部材の回転軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能であることを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記反射部材および前記撮像素子の夫々は、前記物体の形状情報に基づいて傾きを変更可能であ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】
前記物体の形状情報を取得する計測部を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記再結像光学系は拡大系であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記再結像光学系と前記反射部材と前記撮像素子との夫々を複数有しており、
前記複数の再結像光学系の夫々は、対応する前記複数の反射部材の夫々により反射された光束によって、対応する前記複数の撮像素子の撮像面上の夫々に前記物体を再結像していることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像取得装置と、
前記画像取得装置で取得した前記物体の画像データを表示する画像表示部と、を備えることを特徴とする画像取得システム。
【請求項７】
試料を結像する結像光学系と、該結像光学系により結像された該試料を再結像する再結像光学系と、該結像光学系と該再結像光学系との間の光路上に配置される反射部材と、を有する対物光学系と、該対物光学系により再結像された該試料を撮像する撮像素子と、を備える顕微鏡装置であって、
前記反射部材は、前記結像光学系の光軸の方向と前記再結像光学系の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能であり、
前記撮像素子は、前記再結像光学系の光軸の方向と前記反射部材の回転軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能であることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項８】
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７に記載の顕微鏡装置。
【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画像取得システムに好適である。
【背景技術】
【０００２】
近年の病理検査において、画像取得装置により病理標本（試料）を撮像して画像データを取得し、それをディスプレイ上に表示して観察する画像取得システムが注目されている。画像取得システムによれば、試料の画像データを複数人で同時に観察することや、それを遠方の病理医と共有することなどが可能となる。
【０００３】
画像取得装置において、対物レンズの視野内に収まらない大きな試料を観察する場合、試料を水平方向に移動させて複数回撮像（ステップ撮像）するか、もしくはスキャンしながら撮像することにより、試料全体の画像を取得することができる。また、試料を観察する上では、可視光領域において高い解像力を持つ対物光学系が求められる。しかし、高い解像力を得るために対物光学系の開口数（ＮＡ）を大きくすると焦点深度が浅くなってしまうため、試料の表面に深さ方向の凸凹がある場合、試料の一部でフォーカスの合わない部分が生じ、試料全体の良好な画像を取得できなくなってしまう。
【０００４】
ここで、特許文献１では、撮像面を変形させることにより、撮影レンズの像面湾曲を補正することができる撮像装置が提案されている。この撮像装置では、複数個の光電変換素子の各々を駆動することにより、像面湾曲に応じて撮像面を変形させている。また、特許文献２においては、変形可能な鏡により、波面の歪みを補正することが可能な装置が開示されている。この装置では、眼の波動収差の測定値に基づいて鏡を変形させることにより、その収差を補正している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２０８７７５号公報
【特許文献２】特表２００１−５０７２５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１の撮像装置においては、光電変換素子に対する読み出し用の電気回路や、撮像面の変形のための駆動機構が必要となる。さらに、画像データのノイズを低減するために光電変換素子の冷却を行う場合は、温調用の素子や電気回路等を含む冷却機構も備える必要がある。そのため、特に光電変換素子の各々に駆動機構を設ける構成の場合、それに加えて冷却機構を各々に配置することは空間的に難しくなる。また、試料の凸凹に対するフォーカス調整のためには撮像面をより大きく変形する必要があるが、このような構成において十分な変形を可能にする駆動機構を設けるには、さらに広い空間を要する。
【０００７】
また、特許文献２の装置は波面を調整する機構を備えているが、その調整は光学系の瞳位置で行われているため、このような機構をそのまま画像取得装置に適用して、試料の凸凹によるフォーカスのずれを補正することはできない。これは、仮に特許文献２に記載の機構によって、試料の像面位置におけるフォーカス調整を行おうとしても、収差補正に対する鏡の駆動時よりも大きな駆動量が必要となるためである。よって、特許文献２における装置のような構成では、試料全体の良好な画像データを得るには十分ではない。
【０００８】
そこで本発明は、試料の表面に深さ方向の凸凹がある場合でも、簡易な構成で試料全体の良好な画像データを得ることができる画像取得装置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】
【０００９】
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、物体を結像する結像光学系と、該結像光学系により結像された該物体を再結像する再結像光学系と、該結像光学系と該再結像光学系との間の光路上に配置される反射部材と、該再結像光学系により再結像された該物体を撮像する撮像素子と、を備える画像取得装置であって、前記反射部材は、前記結像光学系の光軸の方向と前記再結像光学系の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能であり、前記撮像素子は、前記再結像光学系の光軸の方向と前記反射部材の回転軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として傾きを変更可能であることを特徴とする。
【００１０】
本発明の更なる目的又はその他の特徴は、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】
【００１１】
本発明によれば、試料の表面に深さ方向の凸凹がある場合でも、簡易な構成で試料全体の良好な画像データを得ることができる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】
【００１２】
【図１】実施形態に係る画像取得システムの要部概略図である。
【図２】実施形態に係る反射部材によるフォーカス調整方法の説明図である。
【図３】実施形態に係る反射部材の駆動機構の要部概略図である。
【図４】実施形態に係る撮像素子の駆動機構の要部概略図である。
【図５】実施例１に係る対物光学系の周辺の要部概略図である。
【図６】実施例２に係る対物光学系の周辺の要部概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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。
【００１４】
図１は、画像取得システム１０００の要部概略図である。画像取得システム１０００は、試料の画像を取得する顕微鏡装置としての画像取得装置３０００と、取得した画像を表示する画像表示部２０００とを備えている。画像取得装置３０００は、試料を含むプレパラート３０を保持するステージ２０と、試料の情報を取得する計測部２００と、試料を撮像する撮像部３００と、計測部２００や撮像部３００の制御及び撮像した画像の処理を行う画像処理・制御部５００とを有する。
【００１５】
計測部２００は、位置計測センサ１００、計測光源１１０、ビームスプリッター１２０、形状計測センサ１３０を備えている。また、撮像部３００は、照明光学系１０、結像光学系４０と反射部材（反射ミラー）６０と再結像光学系７０とを含む対物光学系４００、撮像素子８０を備えている。なお、図１に示したように、ステージ２０は、計測部２００における計測位置と、撮像部３００における撮像位置との間を移動可能に構成されている。
【００１６】
以下、本実施形態に係る画像取得装置３０００における画像取得の手順について説明する。なお、本実施形態においては、結像光学系４０の光軸をＺ方向、紙面に対して垂直な方向をＹ方向、Ｚ方向とＹ方向とに対して垂直な方向をＸ方向とする。
【００１７】
まず、試料を含むプレパラート３０がステージ２０上に配置され、ステージ２０はプレパラート３０を保持したまま計測部２００における計測位置に移動する。計測部２００においては、計測光源１１０からの光束がビームスプリッター１２０によって偏向させられ、プレパラート３０を照射する。プレパラート３０を透過した光束は位置計測センサ１００に入射し、そこでプレパラート３０における試料の大きさや、ＸＹ方向の位置などの情報が取得される。位置計測センサ１００としては、市販のＣＣＤカメラなどを用いることができる。
【００１８】
一方、プレパラート３０で反射した光束は、ビームスプリッター１２０を透過して形状計測センサ１３０に入射する。この形状計測センサ１３０により、プレパラート３０内の試料表面の各ＸＹ位置におけるＺ方向の位置情報を計測し、試料の形状情報を取得する。なお、形状計測センサ１３０としては、例えば市販のシャック・ハルトマンセンサや、干渉計、ラインセンサなどを用いることができる。なお、計測部２００はこのような構成に限るものではなく、例えば、試料の位置や大きさの計測と試料の表面形状の計測とを、別の光源を用いて別の位置で行ってもよい。
【００１９】
そして、計測部２００により取得された試料情報（試料の位置、大きさ、形状）が画像処理・制御部５００に送信され、画像処理・制御部５００におけるメモリに保持される。計測部２００による試料情報の取得が終了したら、プレパラート３０を保持したステージ２０は、計測部２００の計測位置から撮像部３００の撮像位置へと移動する。
【００２０】
撮像部３００においては、照明光学系１０から出射する光束によって、プレパラート３０が均一に照明される。照明光学系１０から出射する光束としては、例えば、波長４００ｎｍ〜波長７００ｎｍの可視光を用いることができる。そして、プレパラート３０における試料を透過した光束により、結像光学系４０が反射部材６０の近傍に試料の像を形成する。この試料の像を成す光束は、反射部材６０上で反射して結像光学系４０の光路外へ偏向させられ、再結像光学系７０によって撮像素子８０の撮像面上に再結像される。
【００２１】
ここで、反射部材６０は、結像光学系４０の光軸と再結像光学系７０の光軸とに対して直交する軸を回転軸（反射部材回転軸６１）として傾きが変更可能な構成となっており、その傾きは試料の形状情報に応じて画像処理・制御部５００により制御される。さらに、撮像素子８０は、反射部材６０の回転軸の方向に対して垂直でかつ再結像光学系７０の光軸と直交する軸を回転軸として傾きが変更可能な構成となっており、その傾きは試料の形状情報に応じて画像処理・制御部５００により制御される。反射部材６０及び撮像素子８０の駆動機構としては、回転ステージやゴニオステージなどを用いることができる。撮像部３００は、反射部材６０及び撮像素子８０の夫々の傾きを調整することにより、試料全体でフォーカスの合った良好な画像データを取得することができる（詳細は後述）。
【００２２】
なお、結像光学系４０は光束を１回のみ結像するものとは限らず、複数回結像することによって試料の像を形成する構成としてもよい。例えば、反射屈折光学系のように、反射部材６０の近傍に試料を結像する過程で、中間像を形成するものなどを用いることができる。すなわち、本実施形態に係る対物光学系４００においては、試料からの光束が、結像光学系４０によって最終的に反射部材６０の近傍に結像される構成であればよく、その結像回数は問わないものとする。また、再結像光学系７０は、結像光学系４０により形成された試料の像を、所定の横倍率で拡大して再結像する拡大系であることが好ましい。
【００２３】
そして、撮像素子８０の撮像面上に再結像された試料を撮像し、撮像素子８０の出力情報を画像処理・制御部５００で処理することで画像データが生成される。なお、試料の全体の画像を取得するためには、ステージ２０を水平方向に移動させて複数回撮像（ステップ撮像）するか、もしくはスキャンしながら撮像して、複数の画像データを取得する。そして、画像処理・制御部５００により複数の画像データをつなぎ合わせて１枚の画像データを生成することができる。画像処理・制御部５００では、前述した処理の他にも、対物光学系４００で補正しきれなかった収差の補正など、用途に応じた様々な処理が行われる。撮像部３００によって得られた画像データは、画像表示部２０００に表示することができる。
【００２４】
なお、本実施形態おいては、計測部２００により試料情報を取得しているが、画像取得装置３０００は計測部２００を備えない構成であってもよく、例えば、外部の装置で取得した試料情報を画像処理・制御部５００に送信するようにしてもよい。その際、撮像部３００と画像処理・制御部５００とによって顕微鏡装置を構成してもよい。また、画像処理・制御部５００の代わりに、計測部２００や撮像部３００の制御を行う制御部と、撮像した画像の処理を行う画像処理部とを別々に備えてもよい。
【００２５】
次に、反射部材６０及び撮像素子８０の傾きを変更させることによって、フォーカスを調整する方法について説明する。
【００２６】
画像取得装置３０００により試料の画像を取得する際に、試料の形状にうねり（Ｚ方向の凸凹）がある場合、結像光学系４０により試料の各領域の像が形成される位置（結像位置）は、試料におけるＸＹ位置に応じて変わってしまう。すなわち、結像光学系４０により平坦な試料の像面を形成することができず、その試料の像面の近傍の平面内に撮像素子８０を配置したとしても、試料の全体でフォーカスの合った画像を得ることができなくなる。
【００２７】
そこで、反射部材６０の傾きを変更することにより、結像光学系４０からの光束の結像位置を調整することを考える。図２は、結像光学系４０の複数の結像点が成す像面の位置と、反射部材６０の反射面との位置関係を模式的に示した図である。本実施形態に係る反射部材６０は、結像光学系４０の光軸Ｚと再結像光学系７０の光軸Ｘとに対して直交する軸Ｙを回転軸として傾きが変更可能に構成されている。図２（ａ）のように、反射部材６０の反射面が、結像光学系４０の光軸Ｚに対して４５°傾けて配置されている場合、結像光学系４０の像面は反射部材６０によって９０°回転させられて見掛け上の像面を形成する。更に、図２（ｂ）のように、軸Ｙを回転軸として反射面の傾きが角度δだけ変化すると、それに応じて見掛け上の像面の傾きは角度２δだけ変化する。
【００２８】
この原理に基づき、反射部材６０の傾きを変更させることにより、その反射面が結像光学系４０の像面位置と再結像光学系７０の物体位置との中間位置に一致するように調整することができる。これにより、結像光学系４０の見掛け上の像面位置を再結像光学系７０の物体位置に一致させることができ、再結像された試料の像を撮像素子８０の撮像面上に形成することができる。よって、例えば、ステップ撮像を行う際に、ステップ毎に上述したフォーカス調整を行うことにより、試料の全体でフォーカスの合った画像を得ることができる。
【００２９】
上述したように、図２においては、見掛け上の像面が再結像光学系７０の光軸Ｘに対して垂直である状態から、見掛け上の像面を再結像光学系７０の光軸Ｘに対して傾ける場合について説明した。しかし、実際には試料表面の凸凹により、反射部材６０の傾きを変更する前から、再結像光学系７０の光軸Ｘに対して見掛け上の像面の傾きが生じている。よって、実際の撮像時には、図２における説明とは逆に、見掛け上の像面が再結像光学系７０の光軸Ｘに対して垂直になるように、反射部材６０の傾きの調整を行うことになる。なお、反射部材６０の傾きが変化すると、その反射面で反射される光束の進行方向も変化するが、これに対しては、光束が再結像光学系７０の光路内におさまるように、再結像光学系７０のＮＡを十分に確保すればよい。
【００３０】
しかし、前述したように、試料にＺ方向の凸凹がある場合、表面形状はＸＹ位置によって変わるため、試料の全体で良好なフォーカス調整を行うには、反射部材６０の傾き方向や傾き量を、試料表面のＸＹ位置に応じて適宜設定する必要がある。例えば、試料全体の画像を取得するために、ステージ２０を水平方向に移動させてステップ撮像を行う場合、反射部材６０の傾き方向や傾き量を、試料の形状情報に基づいてステップ毎に設定する必要がある。この時、上述した結像光学系４０の光軸Ｚと再結像光学系７０の光軸Ｘとに対して直交する軸Ｙを回転軸とした反射部材６０の傾き調整だけではなく、軸Ｙ以外の軸を回転軸とした傾きを調整することも求められる。
【００３１】
ところが、軸Ｙ以外の軸を回転軸として反射部材６０の傾きを変更した場合、撮像素子８０の撮像面上において再結像光学系７０の光軸Ｘ周りに像の回転が生じてしまう。そして、像が回転する時の回転方向や回転量は、反射部材６０の傾き方向や傾き量に応じて変化する。よって、試料の各領域の像の回転方向や回転量が、ステップ毎に異なってしまい、取得した複数の画像データをつなぎ合わせて１枚の画像データを生成することが難しくなる。さらに、２つ以上の軸を回転軸として反射部材６０の傾きを変更する場合、各回転軸を一点で交差させるように構成しなければならならず、その構成を実現するためには非常に複雑な機構と高い精度が要求される。
【００３２】
そこで、本実施形態に係る撮像素子８０を、反射部材６０の回転軸Ｙの方向に対して垂直でかつ再結像光学系７０の光軸と直交する軸を回転軸として傾きが変更可能に構成している。この構成によれば、撮像素子８０の傾きを変更させることにより、軸Ｙを回転軸とした反射部材６０の傾きの変更のみでは対応できなかった分のフォーカス調整を行うことができる。具体的には、反射部材６０により形成される見掛け上の像面と、再結像光学系７０の主平面と、撮像素子８０の撮像面とがシャインプルーフの法則を満足するように、撮像素子８０の傾きを調整することができる。よって、軸Ｙ以外の軸を回転軸とした反射部材６０の傾き調整を行う必要はなく、それにより生じる像の回転を考慮する必要もない。すなわち、本実施形態に係る画像取得装置３０００によれば、試料の形状情報に基づいて、反射部材６０及び撮像素子８０の傾きを変更させることによって、試料の全体でフォーカスが合った良好な画像データを生成することができる。
【００３３】
なお、図１に示したように画像取得装置３０００が反射部材６０、再結像光学系７０及び撮像素子８０を１つずつ備えている場合について説明したが、本発明はこれに限らない。すなわち、画像取得装置３０００において、反射部材６０、再結像光学系７０及び撮像素子８０の夫々を複数有する構成としてもよい。この構成によれば、試料の形状情報に基づいて、複数の反射部材６０及び複数の撮像素子８０の夫々の傾きを変更することで、複数の再結像光学系７０の夫々による再結像位置を対応する複数の撮像素子８０の夫々の撮像面に一致させるように調整できる。よって、１度により多くの領域でフォーカスを調整することができ、かつ一度の撮像でより多くの領域を撮像することができる。
【００３４】
ここで、画像取得装置３０００においては、結像光学系４０からの複数の光束を複数の反射部材６０で夫々異なる方向に偏向させる構成をとることにより、複数の撮像素子８０の夫々を互いに異なる平面内に分散して配置することができる。これにより、撮像素子同士の間に空間的余裕ができ、複数の撮像素子８０の夫々に対して、駆動機構や温調機構などの配置を好適に行うことができるため、装置の簡易化を実現することができる。
【００３５】
図３は、反射部材６０の駆動機構を示した図である。反射部材６０の駆動機構は、反射部材保持部材６１０及び反射部材チルト機構６２０を有しており、反射部材６０は、反射部材保持部材６１０を介して反射部材チルト機構６２０に取り付けられている。この駆動機構により、結像光学系４０の光軸Ｚと再結像光学系７０の光軸Ｘとに対して直交する反射部材回転軸６１を回転軸として、反射部材６０の傾きを調整することができる。
【００３６】
反射部材チルト機構６２０としては、図３に示すような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採用することができる。反射部材チルト機構６２０の摺動部としては、滑り面、ベアリング、板バネなどを適用することができる。また、反射部材チルト機構６２０を駆動するアクチュエータとしては、ＤＣモータ、パルスモータ、ＶＣＭ、ピエゾアクチュエータなどを適用することができる。
【００３７】
なお、反射部材回転軸６１は、図３に示したように、結像光学系４０の光軸Ｚと再結像光学系７０の光軸Ｘとに対して直交するように（すなわち、反射部材６０の反射面上に位置するように）設定することが望ましい。しかし、本発明はこれに限らず、反射部材回転軸６１は、結像光学系４０の光軸Ｚの方向（光軸Ｚに沿った方向）と再結像光学系７０の光軸Ｘの方向（光軸Ｘに沿った方向）とに対して垂直な軸であればよい。
【００３８】
次に、撮像素子８０の駆動機構について、図４を用いて説明する。撮像素子８０の駆動機構は、撮像素子保持部材８１０、撮像素子チルト機構８２０、撮像素子並進機構８３０を備えており、撮像素子８０は、撮像素子保持部材８１０を介して撮像素子チルト機構８２０に取り付けられている。この駆動機構により、前述した反射部材回転軸６１の方向に対して垂直でかつ再結像光学系７０の光軸Ｘと直交する撮像素子回転軸８１を回転軸として、撮像素子８０の傾きを調整することができる。また、撮像素子チルト機構８２０は撮像素子並進機構８３０に取り付けられており、この撮像素子並進機構８３０によって、撮像素子８０を再結像光学系７０の光軸Ｘ方向に移動することができる。
【００３９】
撮像素子チルト機構８２０としては、図４に示すような回転ステージなどの回転機構や、ゴニオステージなどの揺動機構を採用することができる。撮像素子チルト機構８２０の摺動部としては、滑り面、ベアリング、板バネなどを適用することができる。撮像素子チルト機構８２０を駆動するアクチュエータとしては、ＤＣモータ、パルスモータ、ＶＣＭ、ピエゾアクチュエータなどを適用することができる。また、撮像素子並進機構８３０としては、リニアモータ、直動ガイドを用いたステージ、直動ボールネジ及びＤＣモータ、パルスモータ、ＶＣＭなどで駆動する直動システム、板バネ機構及びピエゾアクチュエータを用いた機構などを適用することができる。
【００４０】
なお、撮像素子回転軸８１は、図４に示したように、反射部材回転軸６１の方向に対して垂直でかつ再結像光学系７０の光軸Ｘと直交するように構成し、かつ撮像素子８０の撮像面上に位置するように設定することが望ましい。しかし、本発明はこれに限らず、撮像素子回転軸８１は、反射部材回転軸６１の方向（反射部材回転軸６１に沿った方向）と再結像光学系７０の光軸Ｘの方向（光軸Ｘに沿った方向）とに対して垂直な軸であればよい。
【００４１】
上述したように、本実施形態に係る対物光学系４００は、反射部材６０を結像光学系４０と再結像光学系７０との間の光路上に配置し、結像光学系４０で結像される光束が反射部材６０で反射して、再結像光学系７０を介して再結像される構成になっている。ここで、再結像光学系７０を、所定の横倍率を有する拡大系であるとした場合、結像光学系４０で形成された試料の像は、その横倍率で拡大されて再結像される。また、再結像光学系７０に対してある物点を光軸方向に移動させた時、対応する像点の移動量は縦倍率（横倍率の２乗）に従って拡大されることになる。よって、結像光学系４０の結像位置を反射部材６０の駆動により変更した場合は、再結像光学系７０の縦倍率でその変位量が拡大されて、より大きい変位量で再結像位置が変更される。すなわち、再結像光学系７０として拡大系を用いることで、反射部材６０の変位量を小さくしても良好にフォーカス合わせを行うことができる。
【００４２】
以上より、本実施形態に係る画像取得装置３０００によれば、試料の形状情報に基づいて反射部材６０及び撮像素子８０の傾きを調整することができる。これより、簡易な構成で、試料の全体でフォーカスが合った、良好な画像データを取得することができる。
【００４３】
以下、本発明に係る画像取得装置３０００の各実施例について詳細に説明する。
【００４４】
［実施例１］
図５は、実施例１に係る画像取得装置が備える対物光学系の周辺の要部概略図である。図５（ａ）は、対物光学系を−Ｙ方向から＋Ｙ方向へ見た概略図であり、図５（ｂ）は、対物光学系を−Ｚ方向から＋Ｚ方向へ見た概略図である。本実施例に係る対物光学系は、結像光学系４０１と、反射部材６０１〜６０４と、再結像光学系７０１〜７０４と、を有している。また、破線で示した範囲８０１’〜８０４’は、撮像素子８０１〜８０４の夫々の受光領域に対応する反射部材６０１〜６０４上での範囲を示している。なお、便宜上、図５（ａ）においては反射部材や再結像光学系及び撮像素子の一部を省略し、図５（ｂ）においては各反射部材の傾き及び結像光学系４０１を省略して図示している。
【００４５】
この時、図に示すように、反射部材６０１〜６０４の夫々は、結像光学系４０１からの光束の夫々を異なる方向に偏向させるように配置され、複数の撮像素子８０１〜８０４の夫々は、互いに異なる平面内に分散して配置されている。そして、反射部材６０１〜６０４の夫々で反射された光束の夫々を、対応する再結像光学系７０１〜７０４の夫々により、対応する撮像素子８０１〜８０４の夫々の撮像面上に再結像させることができる。このような構成とすることにより、各撮像素子同士の間に空間的余裕ができ、撮像素子８０１〜８０４の夫々に対して、駆動機構や温調機構などをより好適に配置することができる。
【００４６】
本実施例に係る画像取得装置による撮像動作について、具体的に説明する。プレパラート３０における試料からの光束の夫々は、結像光学系４０１を通過して、反射部材６０１〜６０４の夫々の近傍に像を形成する。そして、試料の像を成す光束が反射部材６０１〜６０４の夫々で反射され、結像光学系４０１の光路外へと偏向させられる。偏向させられた各光束は再結像光学系７０１〜７０４の夫々により、撮像素子８０１〜８０４の夫々の撮像面上に再結像される。
【００４７】
ここで、再結像光学系７０１〜７０４の夫々により再結像される試料の像が、撮像素子８０１〜８０４の夫々の撮像面上に一致するようにフォーカス調整が行われる。すなわち、試料の形状情報に基づいて、画像処理・制御部５００により不図示の駆動機構が制御され、反射部材６０１〜６０４及び撮像素子８０１〜８０４の夫々の傾きが調整される。具体的には、反射部材６０１〜６０４の夫々の傾きが、結像光学系４０１光軸の方向と、対応する再結像光学系７０１〜７０４の夫々の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として調整される。
【００４８】
さらに、撮像素子８０１〜８０４の夫々の傾きが、対応する反射部材６０１〜６０４の夫々の回転軸の方向と、対応する再結像光学系７０１〜７０４の夫々の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として調整される。このように、反射部材６０１〜６０４及び撮像素子８０１〜８０４の傾き調整を行うことによって、撮像素子８０１〜８０４の夫々においてフォーカスが合った画像データを取得することができる。なお、試料の凸凹形状に対して反射部材６０１〜６０４や撮像素子８０１〜８０４の傾き調整のみでは対応できない場合は、撮像素子８０１〜８０４の夫々を対応する再結像光学系７０１〜７０４の夫々の光軸方向に駆動することでフォーカス調整を行うことができる。
【００４９】
本実施例に係る画像取得装置によれば、複数の撮像素子８０１〜８０４を配置したことにより、１度の撮像でより広い領域のフォーカスが合った画像データを得ることができる。しかし、撮像素子８０１〜８０４による１度の撮像では撮像できない領域（範囲８０１’〜８０４’同士の隙間）が生じる場合、取得した画像データにも隙間が生じてしまう。そこで、本実施例では、撮像できない領域を埋めるように、試料を保持するステージ（不図示）の位置をＸＹ方向に移動して、ステップしながら撮像する。そのとき、反射部材６０１〜６０４及び撮像素子８０１〜８０４の夫々の傾きを、試料の形状情報に基づいて１ステップ毎に異なる傾きに変化させる。そして、各ステップで取得した画像データを、画像処理・制御部５００でつなぎ合わせることにより、試料の全体でフォーカスが合った、隙間のない１枚の画像データを生成することができる。
【００５０】
［実施例２］
図６は、実施例２に係る画像取得装置が備える対物光学系の周辺の要部概略図である。図６（ａ）は、対物光学系を−Ｙ方向から＋Ｙ方向へ見た概略図であり、図６（ｂ）は、対物光学系を−Ｚ方向から＋Ｚ方向へ見た概略図である。なお、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。本実施例に係る対物光学系は、結像光学系４０１と、反射部材６０１〜６０８と、再結像光学系７０１〜７０９と、を有しており、この対物光学系により撮像素子８０１〜８０９の夫々に像を形成する構成である。すなわち、本実施例は、反射部材、再結像光学系及び撮像素子の夫々の数が、実施例１よりも多い構成である。なお、範囲８０９’は撮像素子８０９の受光領域に対応する範囲を反射部材６０１〜６０８に囲まれた開口部分に示したものである。
【００５１】
この時、図に示すように、反射部材６０１〜６０８の夫々は、結像光学系４０１からの光束を複数の方向に偏向させるように配置され、複数の撮像素子８０１〜８０９の夫々は、複数の異なる平面内に分散して配置されている。そして、反射部材６０１〜６０８の夫々で反射された光束の夫々を、対応する再結像光学系７０１〜７０８の夫々により、対応する撮像素子８０１〜８０８の夫々の撮像面上に再結像させることができる。このような構成とすることにより、各撮像素子同士の間に空間的余裕ができ、撮像素子８０１〜８０９の夫々に対して、駆動機構や温調機構などをより好適に配置することができる。
【００５２】
本実施例に係る画像取得装置による撮像動作について、具体的に説明する。プレパラート３０における試料からの光束のうち範囲８０１’〜８０８’に入射する光束の夫々は、結像光学系４０１を通過して、反射部材６０１〜６０８の夫々の近傍に像を形成する。また、試料からの光束のうち範囲８０９’に入射する光束は、反射部材６０１〜６０８に囲まれた開口の近傍に結像する。この時、範囲８０９’に入射する光束が撮像素子８０９の撮像面上に結像されるように、試料を保持するステージ（不図示）の光軸方向の位置及び光軸に対する傾きを調整する。ここで、ステージの最適な傾きは、計測部２００により取得した試料の形状に基づき、最小二乗法などによって求められる。
【００５３】
そして、この位置にステージを固定して、試料の形状情報に基づいて反射部材６０１〜６０８及び撮像素子８０１〜８０９の夫々の光軸に対する傾きの調整を行う。具体的には、反射部材６０１〜６０８の夫々の傾きが、結像光学系４０１光軸の方向と、対応する再結像光学系７０１〜７０８の夫々の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として調整される。さらに、撮像素子８０１〜８０８の夫々の傾きが、対応する反射部材６０１〜６０８の夫々の回転軸の方向と、対応する再結像光学系７０１〜７０８の夫々の光軸の方向とに対して垂直な軸を回転軸として調整される。これにより、再結像光学系７０１〜７０８の夫々によって再結像される試料の像が撮像素子８０１〜８０８の夫々の撮像面上に一致するように調整することができ、撮像素子８０１〜８０９の夫々においてフォーカスが合った画像データを取得することができる。
【００５４】
なお、試料の凸凹形状に対して反射部材６０１〜６０８や撮像素子８０１〜８０８の傾き調整のみでは対応できない場合は、撮像素子８０１〜８０８の夫々を対応する再結像光学系７０１〜７０８の夫々の光軸方向に駆動することでフォーカス調整を行うことができる。
【００５５】
以上、本実施例に係る画像取得装置によれば、複数の撮像素子８０１〜８０９を配置したことにより、実施例１と比較して、１度の撮像でより広い領域のフォーカスが合った画像データを得ることができる。なお、１度の撮像では撮像できない領域に対しては、実施例１と同様に、試料を保持するステージの位置をＸＹ方向に移動して、ステップしながら撮像することにより、試料全体の画像データを取得することができる。
【００５６】
［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及び変更が可能である。
【００５７】
例えば、本実施形態においては、図４に示したように撮像素子に対して撮像素子並進機構を設けているが、同様の並進機構を反射部材に対して設けてもよい。これにより、各実施例において、試料の凸凹形状に対して反射部材や撮像素子の傾き調整のみでは対応できない場合に、反射部材及び撮像素子の少なくとも一方を対応する再結像光学系の光軸方向に駆動することでフォーカス調整を行うことができる。なお、１つの撮像素子のみでステップ撮像する場合は、ステップ毎に、試料を保持するステージを結像光学系の光軸方向に駆動させることでフォーカス調整を行なってもよい。
【００５８】
各実施例で示したような撮像素子を複数備える構成において、撮像素子の数やその配置は試料の形状や大きさに応じて適宜決定されるものである。よって、各撮像素子の配置に合わせて再結像光学系及び反射部材を配置することで、上述した各実施例と同様にフォーカス調整を行うことができる。ここで、撮像素子の数や個数にかかわらず、実施例２のように、反射部材を介さない光束を受光する１つの撮像素子を備えた構成としてもよい。この場合、その１つの撮像素子の撮像面上にフォーカスが合う位置を基準とした上で、他の撮像素子に対応する反射部材の傾きを調整することで、全ての撮像素子においてフォーカスを合わせることができる。
【００５９】
なお、実施例２では、各反射部材に囲まれた開口に結像した光束が、再結像光学系により１つの撮像素子の撮像面上に再結像する構成であるが、その撮像素子を開口の位置に配置する構成を適用してもよい。開口位置に撮像素子を配置することにより、再結像光学系を設けなくても、その撮像素子の撮像面上に像を形成することができる。
【００６０】
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装置に限ることはなく、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有用である。
【符号の説明】
【００６１】
３０  プレパラート
４０  結像光学系
６０  反射部材
６１  反射部材回転軸
７０  再結像光学系
８０  撮像素子
４００  対物光学系
３０００  画像取得装置
【図１】
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【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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