(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、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１１０の像を形成する結像光学系２０と、結像光学系２０により形成された物体１１０の像を再結像する再結像光学系４０と、結像光学系２０と再結像光学系４０との間の光路上に配置される反射手段３０と、再結像光学系４０を介して物体１１０を撮像する撮像素子５０と、反射手段３０を駆動する第１の駆動部及び撮像素子５０を駆動する第２の駆動部の少なくとも一方と、を備える画像取得装置２０００であって、補正係数ξ１により補正された結像光学系２０の縦倍率ξ１Ｍ１２と、物体１１０の形状と、に基づいて第１の駆動部及び第２の駆動部の少なくとも一方を制御する演算部４００を有する。【選択図】  図１
2014235254.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の像を形成する結像光学系と、該結像光学系により形成された前記物体の像を再結像する再結像光学系と、前記結像光学系と前記再結像光学系との間の光路上に配置される反射手段と、前記再結像光学系を介して前記物体を撮像する撮像素子と、前記反射手段を駆動する第１の駆動部及び前記撮像素子を駆動する第２の駆動部の少なくとも一方と、を備える画像取得装置であって、
前記結像光学系において、開口数をＮＡ１、物体側屈折率をｎｏ１、像側屈折率をｎｉ１、横倍率をＭ１、とする時、
【数１】
2014235254.tif 000007
なる式で表される補正係数ξ１により補正された前記結像光学系の縦倍率ξ１Ｍ１２と、前記物体の形状と、に基づいて前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の少なくとも一方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、前記物体の表面の形状を、前記結像光学系の光軸方向に垂直な第１の軸周りの傾きがθｏｘ、前記結像光学系の光軸方向と前記第１の軸に垂直な第２の軸周りの傾きがθｏｙ、となるような近似平面で近似し、前記結像光学系の前記縦倍率ξ１Ｍ１２と前記近似平面とに基づいて前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の少なくとも一方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、前記再結像光学系の横倍率をＭ２とする時、前記反射手段に係る、前記第２の軸の方向に垂直でかつ前記反射手段の反射面に平行な軸周りの傾き量θｍｘと、前記第２の軸に平行な軸周りの傾き量θｍｙと、前記撮像素子に係る、前記第２の軸の方向に垂直でかつ前記撮像素子の撮像面に平行な軸周りの傾き量θｓｚと、前記第２の軸に平行な軸周りの傾き量θｓｙと、が
ξ１Ｍ１Ｍ２θｏｘ＝（√２）Ｍ２θｍｘ＋θｓｚ
ξ１Ｍ１Ｍ２θｏｙ＝２Ｍ２θｍｙ＋θｓｙ
なる式を満たすように、前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記演算部は、前記結像光学系の光軸方向における前記近似平面の変位量をΔｚｏとする時、前記結像光学系の光軸方向における前記反射手段の移動量Δｚｍと、前記再結像光学系の光軸方向における前記撮像素子の移動量Δｘｓと、が
ξ１Ｍ１２Ｍ２２Δｚｏ＝Ｍ２２Δｚｍ＋Δｘｓ
なる式を満たすように、前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の少なくとも一方を制御することを特徴とする請求項２又は３に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記演算部は、前記再結像光学系において、開口数をＮＡ２、物体側屈折率をｎｏ２、像側屈折率をｎｉ２、倍率をＭ２、とする時、
【数２】
2014235254.tif 000008
なる式で表される補正係数ξ２により補正された前記再結像光学系の縦倍率ξ２Ｍ２２と、前記結像光学系の前記縦倍率ξ１Ｍ１２と、前記物体の形状と、に基づいて、前記第２の駆動部、若しくは前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の両方、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６】
前記演算部は、前記物体の表面の形状を、前記結像光学系の光軸方向に垂直な第１の軸周りの傾きがθｏｘ、前記結像光学系の光軸方向と前記第１の軸に垂直な第２の軸周りの傾きがθｏｙ、となるような近似平面で近似し、前記再結像光学系の前記縦倍率ξ２Ｍ２２と前記結像光学系の前記縦倍率ξ１Ｍ１２と前記近似平面とに基づいて、前記第２の駆動部、若しくは前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の両方、を制御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７】
前記演算部は、前記再結像光学系の横倍率をＭ２とする時、前記反射手段に係る、前記第２の軸の方向に垂直でかつ前記反射手段の反射面に平行な軸周りの傾き量θｍｘと、前記第２の軸に平行な軸周りの傾き量θｍｙと、前記撮像素子に係る、前記第２の軸の方向に垂直でかつ前記撮像素子の撮像面に平行な軸周りの傾き量θｓｚと、前記第２の軸に平行な軸周りの傾き量θｓｙと、が
ξ１Ｍ１ξ２Ｍ２θｏｘ＝（√２）ξ２Ｍ２θｍｘ＋θｓｚ
ξ１Ｍ１ξ２Ｍ２θｏｙ＝２ξ２Ｍ２θｍｙ＋θｓｙ
なる式を満たすように、前記第２の駆動部、若しくは前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の両方、を制御することを特徴とする請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記演算部は、前記結像光学系の光軸方向における前記近似平面の変位量をΔｚｏとする時、前記結像光学系の光軸方向における前記反射手段の移動量Δｚｍと、前記再結像光学系の光軸方向における前記撮像素子の移動量Δｘｓと、が
ξ１Ｍ１２ξ２Ｍ２２Δｚｏ＝ξ２Ｍ２２Δｚｍ＋Δｘｓ
なる式を満たすように、前記第２の駆動部、若しくは前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の両方、を制御することを特徴とする請求項６又は７に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記結像光学系及び前記再結像光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能なＮＡ変更手段を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記画像取得装置は顕微鏡であり、前記結像光学系と前記再結像光学系とにより拡大系を成してい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。
【請求項１１】
前記撮像素子を複数備えており、前記第２の駆動部は前記複数の撮像素子の夫々を駆動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。
【請求項１２】
前記再結像光学系を複数備えており、該複数の再結像光学系の夫々は、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１１に記載の画像取得装置。
【請求項１３】
前記第１の駆動部は、前記反射手段の形状を変化させることにより前記反射手段を局所的に駆動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】
前記反射手段は複数の反射部材を含み、前記第１の駆動部は前記複数の反射部材の夫々を駆動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１５】
物体の像を形成する結像光学系と、該結像光学系を介して前記物体を撮像する撮像素子と、該撮像素子を駆動する駆動部と、を備える画像取得装置であって、
前記結像光学系において、開口数をＮＡ１、物体側屈折率をｎｏ１、像側屈折率をｎｉ１、倍率をＭ１、とする時、
【数３】
2014235254.tif 000009
なる式で表される補正係数ξ１により補正された前記結像光学系の縦倍率ξ１Ｍ１２と、前記物体の形状と、に基づいて前記駆動部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１６】
前記演算部は、前記物体の表面の形状を、前記結像光学系の光軸方向に垂直な第１の軸周りの傾きがθｏｘ、前記結像光学系の光軸方向と前記第１の軸に垂直な第２の軸周りの傾きがθｏｙ、となるような近似平面で近似し、前記結像光学系の前記縦倍率ξ１Ｍ１２と前記近似平面とに基づいて前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１５に記載の画像取得装置。
【請求項１７】
前記演算部は、前記撮像素子の前記第１の軸に平行な軸周りの傾き量θｓｘと、前記撮像素子の前記第２の軸に平行な軸周りの傾き量θｓｙと、が
θｓｘ＝ξ１Ｍ１θｏｘ
θｓｙ＝ξ１Ｍ１θｏｙ
なる式を満たすように前記駆動部を制御する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】
前記演算部は、前記結像光学系の光軸方向における前記近似平面の変位量をΔｚｏとする時、前記結像光学系の光軸方向における前記撮像素子の移動量Δｚｓが
ξ１Ｍ１２Δｚｏ＝Δｚｓ 
なる式を満たすように前記駆動部を制御することを特徴とする請求項１６又は１７に記載の画像取得装置。
【請求項１９】
前記結像光学系の開口数を変更可能なＮＡ変更手段を有することを特徴とする請求項１５乃至１８のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２０】
前記画像取得装置は顕微鏡であり、前記結像光学系は拡大系であることを特徴とする請求項１５乃至１９のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２１】
前記撮像素子を複数備えており、前記駆動部は前記複数の撮像素子の夫々を駆動することを特徴とする請求項１５乃至２０のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２２】
前記物体の形状情報を取得する計測部を有することを特徴とする請求項１５乃至２１のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項２３】
請求項１乃至２２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。
【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】
近年の病理診断において、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】
画像取得装置により試料を観察する上では、高精細な画像を取得することが求められるため、可視光領域において高い解像力を持つ対物光学系を用いる必要がある。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には、撮像素子を駆動することが可能な画像取得装置が、特許文献２には、結像光学系と再結像光学系との間の光路上に配置された反射手段を局所的に駆動することが可能な画像取得装置が、夫々開示されている。特許文献１及び２に記載の画像取得装置によれば、試料の表面に凸凹がある場合でも、試料の形状に応じて撮像素子や反射手段の位置や傾きを調整することにより、試料の全体でフォーカスが合った画像を取得することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１０８４７６号公報
【特許文献２】特開２０１３−０４４７８１号公報
【特許文献３】特開２００３−０７７８２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１及び２に記載の画像取得装置においては、撮像素子や反射手段の調整量の具体的な算出方法が開示されていない。なお、特許文献３には、露光装置において、第１の結像光学系と第２の結像光学系との間の光路上に配置された反射鏡を、第２の結像光学系の倍率と被露光面のうねりの量とにより算出した補正量に基づいて変形させる方法が開示されている。特許文献３では、第１の結像光学系が形成する中間像（物点）の光軸方向の変位量と第２の結像光学系の横倍率の２乗との積が、被露光面（像点）の光軸方向の変位量と対応するものとして、補正量を算出している。
【０００７】
ところが、大きな開口数を有する結像光学系を用いた場合、結像光学系の縦倍率が横倍率の２乗からずれてしまい、補正量を正確に算出することができなくなるため、被露光面のうねりの影響を十分に補正できなくなってしまう。したがって、特許文献３に記載の補正量算出方法をそのまま画像取得装置に適用したとしても、試料の全体でフォーカスが合った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、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、物体の像を形成する結像光学系と、該結像光学系により形成された前記物体の像を再結像する再結像光学系と、前記結像光学系と前記再結像光学系との間の光路上に配置される反射手段と、前記再結像光学系を介して前記物体を撮像する撮像素子と、前記反射手段を駆動する第１の駆動部及び前記撮像素子を駆動する第２の駆動部の少なくとも一方と、を備えており、前記結像光学系において、開口数をＮＡ１、物体側屈折率をｎｏ１、像側屈折率をｎｉ１、横倍率をＭ１、とする時、
【００１０】
【数１】
2014235254.tif 000003
【００１１】
なる式で表される補正係数ξ１により補正された前記結像光学系の縦倍率ξ１Ｍ１２と、前記物体の形状と、に基づいて前記第１の駆動部及び前記第２の駆動部の少なくとも一方を制御する演算部を有することを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の側面としての画像取得装置は、物体の像を形成する結像光学系と、該結像光学系を介して前記物体を撮像する撮像素子と、該撮像素子を駆動する駆動部と、を備えており、前記結像光学系において、開口数をＮＡ１、物体側屈折率をｎｏ１、像側屈折率をｎｉ１、倍率をＭ１、とする時、
【００１３】
【数２】
2014235254.tif 000004
【００１４】
なる式で表される補正係数ξ１により補正された前記結像光学系の縦倍率ξ１Ｍ１２と、前記物体の形状と、に基づいて前記駆動部を制御する演算部を有することを特徴とする。
【００１５】
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】
【００１６】
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、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】
【００１７】
【図１】実施例１に係る画像取得システムの要部概略図である。
【図２】実施例１に係る反射部材に対する第１の駆動部の要部概略図である。
【図３】実施例１に係る撮像素子に対する第２の駆動部の要部概略図である。
【図４】撮像領域における試料表面の近似平面を示した図である。
【図５】各ステップに対応する撮像領域及び近似平面を示した図である。
【図６】結像光学系の光軸方向における試料表面の近似平面の変位を示した図である。
【図７】結像光学系の開口数と補正係数との関係を示す図である。
【図８】実施例１に係るフォーカス調整による効果を説明するための図である。
【図９】実施例１に係る画像取得システムの要部概略図である。
【図１０】実施例２に係る画像取得システムの要部概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
［実施例１］
図１は、実施例１に係る画像取得システム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２０００と、取得した画像を表示する画像表示部３０００とを備えている。画像取得装置２０００は、試料を含むプレパラート１１０を保持するステージ１００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演算部４００とを有する。
【００２０】
計測部２００は、位置計測センサ２１０、計測光源２２０、ビームスプリッター２３０、形状計測センサ２４０を備えている。また、撮像部３００は、照明光学系１０、結像光学系２０と反射手段（反射部材）３０と再結像光学系４０とを含む対物光学系５００、撮像素子５０を備えている。なお、図１に示したように、ステージ１００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。
【００２１】
以下、本実施例に係る画像取得装置２０００における画像取得の手順について説明する。なお、本実施例においては、結像光学系２０の光軸方向を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（再結像光学系４０の光軸方向）をＸ方向とする。
【００２２】
まず、試料を含むプレパラート１１０がステージ１００上に配置され、ステージ１００はプレパラート１１０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２２０からの光束がビームスプリッター２３０によって偏向させられ、プレパラート１１０を照射する。プレパラート１１０を透過した光束は位置計測センサ２１０に入射し、そこでプレパラート１１０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２１０としては、市販のＣＣＤカメラなどを用いることができる。
【００２３】
一方、プレパラート１１０で反射した光束は、ビームスプリッター２３０を透過して形状計測センサ２４０に入射する。この形状計測センサ２４０により、プレパラート１１０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２４０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。
【００２４】
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）が演算部４００に送信され、演算部４００におけるメモリ６０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１１０を保持したステージ１００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。
【００２５】
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１１０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１１０における試料を透過した光束により、結像光学系２０が反射手段３０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、反射手段３０上で反射して結像光学系２０の光路外へ偏向させられ、再結像光学系４０によって撮像素子５０の撮像面上に集光され、試料が再結像される。なお、本実施例に係る結像光学系２０及び再結像光学系４０は両側テレセントリック光学系である。
【００２６】
なお、結像光学系２０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、反射手段３０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、本実施例に係る対物光学系５００においては、試料からの光束が、結像光学系２０によって最終的に反射手段３０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４０は、結像光学系２０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。
【００２７】
そして、撮像素子５０の撮像面上に再結像された試料を撮像し、撮像素子５０の出力情報を演算部４００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１００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、演算部４００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。演算部４００では、前述した処理の他にも、対物光学系５００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３０００に表示することができる。
【００２８】
なお、本実施例おいては、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２０００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演算部４００に送信するようにしてもよい。その際、撮像部３００と演算部４００とによって顕微鏡装置を構成してもよい。上述したように、演算部４００は、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、の両方の機能を有しているが、画像取得装置２０００は、制御部と画像処理部とを別々に備えてもよい。また、メモリ６０を画像取得装置２０００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４００に情報を伝達するようにしてもよい。
【００２９】
ここで、画像取得装置２０００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２０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２０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５０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。
【００３０】
そこで、反射手段３０及び撮像素子５０の少なくとも一方を駆動することにより、結像光学系２０からの光束の結像位置の調整（フォーカス調整）を行うことを考える。本実施例に係る演算部４００は、次式（１）で示す補正係数ξ１により補正された結像光学系２０の縦倍率ξ１Ｍ１２、試料の形状情報と、に基づいて反射手段３０や撮像素子５０の駆動量を算出している。
【００３１】
【数３】
2014235254.tif 000005
【００３２】
ただし、ＮＡ１は結像光学系２０の開口数、ｎｏ１は結像光学系２０の物体側屈折率、ｎｉ１は結像光学系２０の像側屈折率、Ｍ１は結像光学系２０の倍率（横倍率）、である。
【００３３】
この補正係数ξ１は、従来考慮されていなかった波動光学を考慮して得られたものであり、結像光学系２０の開口数ＮＡ１が大きい（０．４以上）場合に、結像光学系２０の縦倍率が横倍率の２乗からずれてしまうという性質を補正するための係数である。演算部４００は、補正係数ξ１を用いることにより、試料の表面（物点）の光軸方向の位置と再結像光学系４０により形成される試料の像（像点）の光軸方向の位置との関係を正確に求めることができる。よって、結像光学系２０の開口数ＮＡ１が大きい場合にも、反射手段３０や撮像素子５０により正確なフォーカス調整を行うことができ、試料の全体でフォーカスが合った良好な画像データを得ることができる。
【００３４】
以下、図１に示した画像取得装置２０００において、反射手段３０及び撮像素子５０の少なくとも一方を駆動してフォーカス調整を行う場合について説明する。すなわち、本実施例に係る画像取得装置２０００は、反射手段３０を駆動する第１の駆動部及び撮像素子５０を駆動する第２の駆動部の少なくとも一方を備える構成である。
【００３５】
第１の駆動部としては、例えば図２に示すように、反射部材保持部３１及び反射部材チルト機構３２を有する構成を採用することができる。反射手段３０は、反射部材保持部３１を介して反射部材チルト機構３２に取り付けられている。この構成によれば、結像光学系２０の光軸に平行なｄ軸と再結像光学系４０の光軸に平行なｅ軸とに対して垂直なｆ軸を回転軸として、反射手段３０の傾きを調整することができる。さらに、第１の駆動部は、ｆ軸に垂直でかつ反射手段３０の反射面に平行なｇ軸を回転軸として、反射手段３０の傾きを調整する機構（不図示）も有している。なお、第１の駆動部において、反射手段３０を結像光学系２０の光軸方向に移動させるための機構を設けてもよい。
【００３６】
第２の駆動部としては、例えば図３に示すように、撮像素子保持部５１と、撮像素子チルト機構５２及び撮像素子並進機構５３を有する構成を採用することができる。撮像素子５０は、撮像素子保持部５１を介して撮像素子チルト機構５２に取り付けられている。この構成によれば、結像光学系２０の光軸に平行なｃ軸（ｂ軸の方向に垂直でかつ撮像素子５０の撮像面に平行な軸）を回転軸として撮像素子５０の傾きを調整することができる。さらに、第２の駆動部は、結像光学系２０の光軸に平行なｃ軸と再結像光学系４０の光軸に平行なａ軸とに対して垂直なｂ軸（ｆ軸に平行な軸）を回転軸として撮像素子５０の傾きを調整する機構（不図示）も有している。また、撮像素子チルト機構５２は撮像素子並進機構５３に取り付けられており、この撮像素子並進機構５３によって、撮像素子５０を再結像光学系４０の光軸方向（ａ軸の方向）に移動させることができる。
【００３７】
次に、フォーカス調整の具体的な手順について説明する。
【００３８】
まず、演算部４００により、１回の撮像で撮像素子５０が撮像できる領域（撮像領域）毎に、試料の形状情報に基づいて試料の表面の近似平面を求める。図４（ａ）〜（ｃ）は、撮像領域１１１における試料の表面の近似平面１１２を示した図である。ここでは、近似平面１１２の対角線の交点を原点として座標系を定義している。なお、結像光学系２０の光軸に平行な軸をｚｏ軸、結像光学系２０の光軸方向に垂直な軸（再結像光学系４０の光軸に平行な軸）をｘｏ軸（第１の軸）、ｚｏ軸とｘｏ軸とに対して垂直な軸をｙｏ軸（第２の軸）、としている。図４（ａ）は、ｚｏ軸に垂直な平面（ｚｏ＝０の面）に対する近似平面１１２の傾きを示している。また、図４（ｂ）は、ｙｏ＝０の断面内における近似平面１１２のｙｏ軸周りの傾きθｏｙを、図４（ｃ）は、ｘｏ＝０の断面内における近似平面１１２のｘｏ軸周りの傾きθｏｘを、夫々示している。この時、試料表面の近似平面１１２は、演算部４００により次式（２）のように表現される。
ｚｏ＝（ｔａｎθｏｙ）×ｘｏ＋（ｔａｎθｏｘ）×ｙｏ      ・・・（２）
【００３９】
そして、演算部４００は、式（１）で示した補正係数ξ１により補正された結像光学系２０の縦倍率ξ１Ｍ１２と式（２）で示した近似平面１１２とに基づいて、次式（３）及び（４）を満たすように第１の駆動部及び第２の駆動部の少なくとも一方を制御する。
ξ１Ｍ１Ｍ２θｏｘ＝（√２）Ｍ２θｍｘ＋θｓｚ      ・・・（３）
ξ１Ｍ１Ｍ２θｏｙ＝２Ｍ２θｍｙ＋θｓｙ            ・・・（４）
【００４０】
ただし、θｍｙは反射手段３０のｆ軸（ｙｏ軸に平行な軸）周りの傾き量、θｍｘは反射手段３０のｇ軸（ｙｏ軸の方向に垂直でかつ反射面に平行な軸）周りの傾き量である。また、θｓｙは撮像素子５０のｂ（ｙｏ軸に平行な軸）軸周りの傾き量、θｓｚは撮像素子５０のｃ軸（ｙｏ軸の方向に垂直でかつ撮像面に平行な軸）周りの傾き量である。
【００４１】
このように、演算部４００によって、補正係数ξ１と試料の形状と基づいて反射手段３０及び撮像素子５０の少なくとも一方を駆動することで、試料の全体でフォーカスが合った画像を取得することができる。また、演算部４００は、上述したように幾何光学を用いた近似的な演算を行うことで、最適化計算などを用いる場合と比較して、反射手段３０の駆動量を高速に算出することができる。なお、試料の大きさが１回の撮像では撮像できない大きさであり、ステップ撮像を行う必要がある場合は、図５に示すように、各ステップに対応する撮像領域１１１毎に試料表面の近似平面１１２を取得すればよい。
【００４２】
ここで、図６に示すように、撮像領域１１１における試料表面の近似平面１１２が、所定位置１１３に対して結像光学系２０の光軸方向（Ｚ方向）にΔｚｏだけ変位している場合を考える。なお、所定位置１１３とは、結像光学系２０に対して、反射手段３０の反射面と再結像光学系４０の光軸との交点と共役なｚｏ軸上の位置である。この時、演算部４００は、再結像光学系４０の倍率をＭ２とする時、反射手段３０の結像光学系２０の光軸方向の移動量Δｚｍと、撮像素子５０の再結像光学系４０の光軸方向の移動量Δｘｓと、が次式（５）を満たすように夫々の駆動部を制御する。
ξ１Ｍ１２Ｍ２２Δｚｏ＝Ｍ２２Δｚｍ＋Δｘｓ      ・・・（５）
【００４３】
このように、式（５）を満たすように反射手段３０及び撮像素子５０の少なくとも一方を駆動することにより、試料表面の近似平面１１２の結像光学系２０の光軸方向の変位により生じるデフォーカス（焦点位置ずれ）を補正することができる。ただし、反射手段３０を結像光学系２０の光軸方向に移動させた場合、再結像光学系４０に対する光束の入射位置も変位するため、反射手段３０の移動量と同じ移動量で再結像光学系４０を結像光学系２０の光軸方向に移動させることが望ましい。
【００４４】
ここで、比較例として、特許文献１に記載の補正量算出方法について考える。特許文献１では、中間像（物点）の光軸方向の変位量と第２の結像光学系の横倍率の２乗との積が、被露光面（像点）の光軸方向の変位量と対応するものとしている。すなわち、この考え方を画像取得装置２０００に適用すると、結像光学系２０の物点のＺ方向の変位量Δｚｏに対する像点のＺ方向の変位量Δｚｉは、次式（６）で与えられる。
Δｚｉ＝Ｍ１２Δｚｏ      ・・・（６）
【００４５】
一方、本実施例においては、式（６）に対して補正係数ξ１を考慮しているため、ΔｚｏとΔｚｉとの関係は次式（７）で与えられる。
Δｚｉ＝ξ１Ｍ１２Δｚｏ      ・・・（７）
【００４６】
図７は、結像光学系２０の開口数ＮＡ１と補正係数ξ１との関係を示した図である。図を見てわかるように、結像光学系２０の開口数ＮＡ１が大きくなる程、補正係数ξ１は大きくなり、式（６）と式（７）との差異が大きくなる。一方、開口数ＮＡ１が０に近づく程、補正係数ξ１は１に近づくため、式（７）は式（６）に近づくことになる。よって、大きな開口数を有する光学系においては、特に補正係数ξ１による効果が大きくなることがわかる。
【００４７】
図８は、本実例に係る画像取得装置２０００が、式（１）で与えられた試料の近似平面に対して前述したようなフォーカス調整を行うことによる効果を説明するための図である。なお、ここでは、結像光学系２０のＮＡ１を０．７、ｎｏ１及びｎｉ１を１．０、Ｍ１を１０、とし、１．２ｍｍ四方の試料の近似平面の結像光学系２０の光軸に垂直な平面に対する傾き量θｏ（次式（８）を参照）が３ｍｒａｄである場合を想定している。
ｔａｎθｏ＝｛（ｔａｎθｏｘ）２＋（ｔａｎθｏｙ）２｝０．５      ・・・（８）
【００４８】
図８において、「補正前」は、フォーカス調整前のデフォーカス量を示しており、縦軸はこの「補正前」のデフォーカス量の値で規格している。「比較例」は、式（６）の関係に基づいてフォーカス調整を行った時のデフォーカス量を示している。「実施例」は、式（７）の関係に基づいてフォーカス調整を行った時のデフォーカス量を示している。図８を見てわかるように、「実施例」においては、「比較例」よりも良好にデフォーカスを補正できていることがわかる。
【００４９】
次に、画像取得装置２０００により、プレパラート１１０（試料）の画像を取得する方法（画像取得方法）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。なお、図９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４００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２０００は、図９のフローチャートに従ったプログラムをメモリに６０記憶させて、演算部４００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４００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。
【００５０】
まず、演算部４００は、計測部２００にプレパラート１１０における試料情報を取得させ（ステップＳ９０１）、得られた試料情報に基づいて試料表面の近似平面１１２を求める（ステップＳ９０２）。そして、演算部４００は、補正係数ξ１により補正された結像光学系２０の縦倍率ξ１Ｍ１２と、ステップＳ９０２で求めた近似平面１１２と、に基づいて、第１の駆動部及び第２の駆動部の少なくとも一方の駆動量を演算する（ステップＳ９０３）。さらに、演算部４００は、ステップＳ９０３で得られた駆動量に基づいて第１の駆動部及び第２の駆動部の少なくとも一方を制御し、反射手段３０及び撮像素子５０の少なくとも一方を駆動する（ステップＳ９０４）。
【００５１】
このようにして、フォーカス調整を行なってから、演算部４００は、撮像部３００に試料を撮像させる（ステップＳ９０５）。このステップＳ９０５では、上述したようにステップ撮像やスキャン撮像により、試料を複数回撮像してもよい。そして、演算部４００は、撮像部３００からの出力情報を処理することにより、試料の画像データを取得する（ステップＳ９０６）。なお、前述したように、予め試料情報がわかっている場合は、ステップＳ９０１やステップＳ９０２を省いてもよい。
【００５２】
以上、結像光学系２０の開口数を考慮して、補正係数ξ１を用いてフォーカス調整を行う場合について説明したが、さらに、再結像光学系４０の開口数を考慮して、次式（９）で示す補正係数ξ２を用いてフォーカス調整を行なってもよい。
【００５３】
【数４】
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【００５４】
ただし、ＮＡ２は再結像光学系４０の開口数、ｎｏ２は再結像光学系４０の物体側屈折率、ｎｉ２は再結像光学系４０の像側屈折率、Ｍ２は再結像光学系４０の倍率（横倍率）、である。
【００５５】
補正係数ξ１に加えて補正係数ξ２も考慮した場合、結像光学系２０の物点のＺ方向の変位量Δｚｏに対する像点のＺ方向の変位量Δｚｉは、次式（１０）で与えられることになる。
Δｚｉ＝ξ１Ｍ１２ξ２Ｍ２２Δｚｏ      ・・・（１０）
【００５６】
すなわち、演算部４００は、補正係数ξ１により補正された結像光学系２０の縦倍率ξ１Ｍ１２と、補正係数ξ２により補正された再結像光学系４０の縦倍率ξ２Ｍ２２と、近似平面１１２と、に基づいて、第１の駆動部や第２の駆動部を制御してもよい。具体的には、演算部４００は、次式（１１）〜（１３）を満たすように第１の駆動部や第２の駆動部を制御すればよい。
ξ１Ｍ１ξ２Ｍ２θｏｘ＝（√２）ξ２Ｍ２θｍｘ＋θｓｚ      ・・・（１１）
ξ１Ｍ１ξ２Ｍ２θｏｙ＝２ξ２Ｍ２θｍｙ＋θｓｙ            ・・・（１２）
ξ１Ｍ１２ξ２Ｍ２２Δｚｏ＝ξ２Ｍ２２Δｚｍ＋Δｘｓ        ・・・（１３）
【００５７】
なお、演算部４００が第１の駆動部のみを制御する場合は、式（１１）〜（１３）における補正係数ξ２が両辺から消えるため、反射手段３０の駆動量を演算する際には補正係数ξ２を考慮する必要はない。すなわち、演算部４００は、第１の駆動部及び第２の駆動部の両方、若しくは第２の駆動部のみを制御する際に、補正係数ξ２を用いて駆動量を演算することが望ましい。このように、結像光学系２０の開口数だけでなく再結像光学系４０の開口数も考慮することにより、より正確にフォーカス調整を行うことができる。
【００５８】
［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。
【００５９】
本実施例では、図１０に示すように、対物光学系５００が反射手段３０と再結像光学系４０とを含まず、結像光学系２０が撮像素子５０の撮像面上に試料の像を形成する構成において、撮像素子５０を駆動してフォーカス調整を行う場合について説明する。なお、実施例１と同様に、本実施例においても、撮像素子５０を駆動する第２の駆動部としては、図３に示すような機構を用いることができる。
【００６０】
実施例１と同様に、試料表面の近似平面１１２が式（２）のように得られた時、演算部４００は、式（１）で表される補正係数ξ１と近似平面１１２とに基づいて、次式（１４）〜（１６）を満たすように第２の駆動部を制御する。
θｓｘ＝ξ１Ｍ１θｏｘ          ・・・（１４）
θｓｙ＝ξ１Ｍ１θｏｙ          ・・・（１５）
ξ１Ｍ１２Δｚｏ＝Δｚｓ        ・・・（１６）
【００６１】
但し、θｓｘは撮像素子５０のＸ軸（図４におけるｘｏ軸（第１の軸）に平行な軸）周りの傾き量、θｓｙは撮像素子５０のＹ軸（図４におけるｙｏ軸（第２の軸）に平行な軸）周りの傾き量、Δｘｓは結像光学系２０の光軸における撮像素子５０の移動量である。
【００６２】
このように、演算部４００によって、補正係数ξ１により補正された結像光学系２０の縦倍率ξ１Ｍ１２と、試料の形状と、基づいて撮像素子５０を駆動することで、試料の全体でフォーカスが合った画像を取得することができる。
【００６３】
［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。
【００６４】
例えば、実施例１においては、画像取得装置が再結像光学系及び撮像素子を１つずつ備え、反射手段として１枚の反射部材（反射ミラー）を有する構成について説明したが、本発明はこれに限らない。すなわち、画像取得装置において、１枚の反射部材に対して複数の再結像光学系及び複数の撮像素子を有する構成や、反射部材、再結像光学系、及び撮像素子の夫々を複数備える構成としてもよい。
【００６５】
この構成によれば、補正係数と試料の形状情報とに基づいて、複数の反射部材及び複数の撮像素子の少なくとも一方を調整することで、複数の再結像光学系の夫々による再結像位置を対応する複数の撮像素子の夫々の撮像面に一致させることができる。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。また、画像取得装置において、結像光学系からの複数の光束を複数の反射部材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、複数の撮像素子の夫々に対して、駆動部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。
【００６６】
なお、結像光学系と再結像光学系との間の光路上に配置される反射手段としては、局所的に駆動可能な構成、すなわち変形可能な構成（デフォーマブルミラーなど）を採用してもよい。その場合にも、実施例１と同様に、反射手段を局所的に駆動、すなわち反射手段の形状を変化させることにより、前述フォーカス調整を行うことができる。
【００６７】
また、補正係数ξ１を示す式（１）及び補正係数ξ２を示す式（９）は、平方根の項をテイラー展開し、４次の項や６次の項までをとるような近似をしてもよい。これにより、より正確な補正係数を得ることができる。ただし、テイラー展開により２次の項までをとった場合は近似する前と変わらないため、４次以上の項までをとるように近似することが好ましい。
【００６８】
さらに、結像光学系及び再結像光学系の少なくとも一方の開口数を変更可能なＮＡ変更手段（例えば開口絞りなど）を設けてもよい。このように、光学系の開口数が変更可能な構成においても、前述した補正係数ξ１及びξ２はその開口数に応じた値をとるため、開口数に応じて良好にフォーカス調整を行うことができる。
【００６９】
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】
【００７０】
２０  結像光学系
３０  反射手段
４０  再結像光学系
５０  撮像素子
１１０  プレパラート
４００  演算部
２０００  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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【図７】
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【図８】
2014235254.tif 000017
【図９】
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【図１０】
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