(57)【要約】【課題】  被検物を保持する被検物ステージを備える画像取得装置において、被検物ステージの姿勢の変更量及び変更回数を減らし、画像取得にかかる時間を短縮すること。【解決手段】  被検物１００を保持する被検物ステージ１５００と、被検物１００の像を形成する結像光学系１１２０と、被検物１００を撮像する撮像素子を含む撮像部１１３０と、被検物ステージ１５００の姿勢情報を取得するステージ計測部１１４０と、を備え、その姿勢情報に基づいて被検物ステージ１５００の姿勢を変更可能である画像取得装置１０００であって、被検物１００の表面形状と結像光学系１１２０の光学特性とに基づいて、被検物ステージ１５００の姿勢と該姿勢で撮像可能な被検物１００の領域との関係を求め、かつ、その関係に基づき被検物ステージ１５００の各姿勢において被検物１００を撮像する順番を演算する演算手段１３００と、を有する。【選択図】  図１
2014013308.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検物を保持する被検物ステージと、該被検物の像を形成する結像光学系と、該被検物を撮像する撮像素子を含む撮像部と、該被検物ステージの姿勢情報を取得するステージ計測部と、を備え、前記姿勢情報に基づいて前記被検物ステージの姿勢を変更可能である画像取得装置であって、
前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性とに基づいて、前記被検物ステージの姿勢と該姿勢で撮像可能な前記被検物の領域との関係を求め、かつ、その関係に基づき前記被検物ステージの各姿勢において前記被検物を撮像する順番を演算する演算手段と、
を有することを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記演算手段は、前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性とに基づいて、前記被検物の撮像時に変更する前記被検物ステージの姿勢の夫々を求め、かつ、
姿勢を変更する前後で前記被検物ステージ同士が成す角度の和が最小となる時の、前記被検物ステージの姿勢の変更順を演算し、かつ、
前記変更順に基づいて前記被検物を撮像する順番を演算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】
前記演算手段は、前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性とに基づいて、前記被検物の撮像時に変更する前記被検物ステージの姿勢の変更回数が最小となる時の姿勢の夫々を求めてい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】
前記被検物ステージの位置を変更可能であり、
前記演算手段は、前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性とに基づいて、前記被検物ステージの各姿勢において、前記被検物の撮像されていない領域のうち撮像可能となる領域が最も大きくなる時の前記被検物ステージの位置を求め、該位置に前記被検物ステージを駆動して撮像するように、前記被検物を撮像する順番を演算す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】
前記演算手段は、前記被検物ステージの各姿勢において、撮像可能な前記被検物の領域の全てを撮像するように前記被検物を撮像する順番を演算す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】
前記被検物の表面形状を取得する表面形状取得手段を有しており、
前記演算手段は、前記表面形状取得手段により取得される前記被検物の表面形状と、前記結像光学系の光学特性と、に基づいて、前記被検物を撮像する順番を演算することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記撮像素子の位置及び姿勢の少なくとも一方を駆動可能であり、
前記演算手段は、前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性と前記撮像素子の駆動範囲とに基づいて、前記被検物を撮像する順番を演算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】
前記撮像部は、前記撮像素子を複数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】
結像光学系によって被検物ステージにより保持された被検物の像を形成し、撮像部により該被検物を撮像する画像取得装置における画像取得方法であって、
前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性とに基づいて、前記被検物ステージの姿勢と該姿勢で撮像可能な前記被検物の領域との関係を求める第１ステップと、
前記第１ステップで求めた関係に基づいて、前記被検物ステージの各姿勢においての前記被検物を撮像する順番を演算する第２ステップと、
前記第２ステップで演算した順番に基づいて前記被検物を撮像する第３ステップと、
を有することを特徴とする画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被検物を保持する被検物ステージを備える画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
病理学の分野等で、検体を含む被検物（プレパラート）を撮像することにより、デジタル画像を取得することができる画像取得装置が注目されている。
【０００３】
特許文献１では、広視野かつ高解像度の対物レンズを用い、その視野内に撮像素子群を配置することにより、一度に複数の画像を撮像することができる顕微鏡が提案されている。この顕微鏡では、被検物を保持する被検物ステージ及び撮像素子群のいずれかを水平方向に移動させて複数回撮像し、取得した部分画像をつなぎ合わせる処理を行うことによって、対物レンズの視野内に収まらない大きな検体の全域の画像を取得している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−３０１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、被検物ステージ及び撮像素子群の位置や姿勢を変更する際の制御誤差などが生じてしまうと、隣接する部分画像同士にもズレが生じてそれぞれの境界部で画像が乱れてしまい、複数の部分画像をつなぎ合わせる処理が困難となってしまう。部分画像同士のズレがわずか１画素分生じただけでも取得画像に大きな影響を及ぼし、特に、対物レンズが拡大系である場合、その光学倍率が高倍率になる程、物体側のズレの許容度は小さくなる。よって、各部分画像間の位置ズレによる画像劣化を軽減するためには、被検物ステージの位置や姿勢の精密な計測及び制御を行う必要がある。
【０００６】
しかし、被検物ステージの姿勢の精密な計測と制御を行うには、例えば被検物ステージ上面の３点の高さをレーザ変位計により計測し、その計測情報に基づき被検物ステージの３箇所の高さを制御するループを繰り返さなくてはならない。すなわち、被検物の観察領域の全域の画像を取得するために、このような制御を各部分画像の撮像の度に行わなくてはならず、制御時間が長くなってしまう。特に、高倍率の対物レンズを用いる場合、被検物ステージの位置や姿勢の制御誤差許容値が小さくなるため、さらに画像取得にかかる時間が増大してしまう。
【０００７】
そこで、本発明は、被検物を保持する被検物ステージを備える画像取得装置において、被検物ステージの姿勢の変更量及び変更回数を減らし、画像取得にかかる時間を短縮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、被検物を保持する被検物ステージと、該被検物の像を形成する結像光学系と、該被検物を撮像する撮像素子を含む撮像部と、該被検物ステージの姿勢情報を取得するステージ計測部と、を備え、前記姿勢情報に基づいて前記被検物ステージの姿勢を変更可能であり、前記被検物の表面形状と前記結像光学系の光学特性とに基づいて、前記被検物ステージの姿勢と該姿勢で撮像可能な前記被検物の領域との関係を求め、かつ、その関係に基づき前記被検物ステージの各姿勢において前記被検物を撮像する順番を演算する演算手段と、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等によって明らかにされる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、被検物を保持する被検物ステージを備える画像取得装置において、被検物ステージの姿勢の変更量及び変更回数を減らし、画像取得にかかる時間を短縮することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る画像取得装置の概略図。
【図２】本発明の実施形態に係る被検物の概略図。
【図３】本発明の実施形態に係る撮像部の概略図。
【図４】本発明の実施形態に係る表面形状取得手段の概略図。
【図５】本発明の実施形態に係る画像取得方法を説明するためのフローチャート。
【図６】本発明の実施形態に係る被検物における被検物区分を示す概要図。
【図７】本発明の実施形態に係る被検物区分を被撮像区分に分類する方法を示す説明図。
【図８】本発明の実施形態に係る被検物区分の撮像順を示す説明図。
【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添付の図面に基づき詳細に説明する。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】
図１は、本実施形態に係る画像取得装置１０００の要部概要図である。画像取得装置１０００は、顕微鏡装置１１００と、表面形状取得手段１２００と、演算手段１３００と、画像処理手段１４００と、被検物ステージ１５００と、制御手段１６００と、を備えている。
【００１４】
ここで、画像取得装置１０００により画像を取得する対象となる被検物１００の例を、図２（ａ）の上面図及び図２（ｂ）の側面図に示す。被検物（プレパラート）１００は、染色された検体１２０が、カバーグラス１１０とスライドグラス１３０との間に挟まれ、所定の封止剤により封止された構成となっている。病理診断においては、例えば組織切片や生体サンプルなどが観察対象の検体１２０となるが、例えば、外観検査（異物の付着、キズの検査等）を行う目的で基板などが検体１２０となる場合もある。スライドグラス１３０には、２次元コード、１次元バーコード、ＩＣチップなどのラベル１４０が貼付されていてもよい。このラベル１４０には、例えば被検物１００を管理するための識別番号などの情報を記録しておくことができる。また、ラベル１４０に、被検物１００の表面形状、被撮像区分、撮像順などの情報（詳細は後述）を書き込んでおき、それらの情報に基づいて、顕微鏡装置１１００により画像取得動作を行なうようにしてもよい。
【００１５】
図１に戻り、顕微鏡装置１１００について詳細に説明する。
【００１６】
顕微鏡装置１１００は、照明部１１１０と、結像光学系１１２０と、撮像部１１３０と、ステージ計測部１１４０と、を有する。この顕微鏡装置１１００では、被検物ステージ１５００により保持された被検物１００を照明部１１１０によって照明し、結像光学系１１２０により所定の倍率で拡大された被検物１００の像を形成している。そして、結像光学系１１２０からの光束を撮像部１１３０の受光面で受光することにより、被検物１００を撮像している。
【００１７】
なお、照明部１１１０は、光源（白色光源や、ＲＧＢの各波長の光を切換え可能なものなど）と、光源からの光束を被検物１００に導く照明光学系とを含んでいる。また、ステージ計測部１１４０では、被検物ステージ１５００のＸＹＺ方向の位置を計測して、被検物ステージ１５００の位置情報を取得している。この時、被検物ステージ１５００の上面の少なくとも３点の高さ（Ｚ方向の位置）を計測することで、被検物ステージ１５００の姿勢情報の取得も可能になる。ステージ計測部１１４０としては、例えば、レーザ変位計や静電容量式変位計などを用いることができる。
【００１８】
図３（ａ）及び（ｂ）は、顕微鏡装置１１００が有する撮像部１１３０の要部概略図であり、図３（ａ）は上面図、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ−Ｂ断面矢視図を示している。本実施形態に係る撮像部１１３０は、撮像素子１１３１を複数有しており、夫々がＸＹ方向に配列されている。ここで、各撮像素子１１３１は、回路基板１１３３と、被検物１００からの光を受光して撮像を行う受光面１１３６とを含んでおり、互いに一定の間隔をあけて配置されている。なお、撮像素子１１３１の数や配置は、結像光学系１１２０の視野の大きさ、撮像素子１１３１の面積、被検物１００の大きさや形、後述する駆動部１１３２を設けた時に要する空間などに応じて適宜決定される。この撮像素子１１３１としては、ＣＭＯＳイメージエリアセンサやＣＣＤイメージエリアセンサなどを用いることができる。また、複数の撮像素子１１３１に対して、それぞれを所望の温度に冷却するための装置を設けてもよい。
【００１９】
さらに、本実施形態に係る撮像部１１３０は、各撮像素子１１３１の位置及び姿勢を変更することが可能な複数の駆動部１１３２を有する。駆動部１１３２のそれぞれは、定盤１１３５に設けられ、保持部材１１３４及び回路基板１１３３を介して撮像素子１１３１に結合されている。例えば、駆動部１１３２として３つのシリンダを各撮像素子１１３１に設けた場合は、それぞれのシリンダの伸縮により撮像素子１１３１のＺ並進（Ｚ方向の駆動）やＸＹチルト（Ｘ軸周り、Ｙ軸周りの駆動）を行う。このような駆動部１１３２を設けることで、各撮像素子１１３１を駆動して被検物１００に対するフォーカス調整を行うことができる。なお、撮像素子１１３１の駆動範囲は限られているため、被検物１００の表面形状によっては、撮像素子１１３１によりフォーカス調整を行うことができない部分が生じる場合がある。このような場合は、被検物ステージ１５００の駆動を組み合わせることで、被検物１００の観察領域の全域でフォーカス調整を行うことができる。
【００２０】
次に、本実施形態に係る表面形状取得手段１２００を図４に示す。表面形状取得手段１２００は、計測照明部１２１０と、表面形状計測部１２２０と、偏光ビームスプリッタ１２３０と、λ／４板１２４０と、を有する。この表面形状取得手段１２００によれば、被検物１００の表面に生じたうねり（高さ分布）の情報を取得することができる。
【００２１】
被検物１００を照明する計測照明部１２１０は、半導体レーザや白色ＬＥＤ光源等を光源とし、平行光を照射すように構成されている。計測照明部１２１０からの光は、偏光ビームスプリッタ１２３０及びλ／４板１２４０を介して被検物１００の表面で反射し、その反射光は表面形状計測部１２２０に導かれる。また、表面形状計測部１２２０は、波面センサを有しており、被検物１００の表面で反射した光の波面の高さ分布を計測する。そして、計測した入射光及び反射光の光路長より、被検物１００の表面形状の情報を取得する。
【００２２】
この表面形状計測部１２２０としては、シャックハルトマンセンサや干渉計などの波面を計測するセンサを用いることができる。また、表面形状計測部１２２０を、レーザ変位計や接触式位置センサ等の位置計測器により、被検物１００の複数点で表面高さを計測する構成としてもよい。なお、表面形状取得手段１２００は、例えば、被検物１００のラベル１４０に予め記録しておいた表面形状情報を読み取る２次元コードリーダなどの読取装置や、他の手段で予め計測しておいた表面形状情報をＬＡＮなどによる通信によって取得する装置としてもよい。
【００２３】
また、被検物１００を保持する被検物ステージ１５００は、ＸＹＺ並進やＸＹチルトを行うことが可能な構成となっている。この被検物ステージ１５００によれば、図１に示したように、顕微鏡装置１１００における撮像位置と表面形状取得手段１２００における計測位置との間で被検物１００を移動させることができる。また、ステージ計測部１１４０により取得した位置姿勢情報に基づき、被検物ステージ１５００の位置や姿勢を所望の値となるように制御することができる。被検物ステージ１５００には、例えばボールねじを用いた並進機構や、３つ以上のピエゾ素子を用いた上下機構などを用いてもよい。なお、被検物ステージ１５００には、顕微鏡装置１１００における照明部１１１０からの光を通過させるための開口が設けられている。
【００２４】
以下、本実施形態に係る画像取得装置１０００により被検物１００の観察領域の画像を取得するための具体的な手順を、図５のフローチャートを用いて詳細に説明する。このフローチャートにおいて、ステップＳ５０１〜Ｓ５１０は被検物１００を撮像するための順番を演算するステップであり、ステップＳ５１１及びＳ５１２は実際に被検物１００を撮像（本撮像）し、画像を取得するステップである。
【００２５】
まず、ステップＳ５０１では、前述した表面形状取得手段１２００によって被検物１００の表面形状情報を取得する。
【００２６】
ステップＳ５０２では、演算手段１３００により、被検物１００を複数の被検物区分１３１０に区分する。被検物１００を複数の被検物区分１３１０に区分した様子を、図６（ａ）の上面図及び図６（ｂ）の側面図に示す。被検物区分１３１０の夫々は、撮像部１１３０における１つの撮像素子１１３１で撮像できる範囲（被撮像範囲）と対応している。よって、本撮像において被検物ステージ１５００と撮像部１１３０との相対位置を変更することにより、全ての被検物区分１３１０を撮像することができる。また、図６では、隣接する被検物区分１３１０同士の間隔や重なり領域（詳細は後述）を省略している。なお、演算手段１３００としては、例えばＰＣや、マイコンボード及び計算プログラムなどの構成を用いることができる。
【００２７】
ここで、例えば、図３に示した３×３個の撮像素子１１３１のそれぞれが２０ｍｍ四方の受光面１１３６を有しているとし、各受光面１１３６が格子状に３８ｍｍ周期で配置されている場合を考える。この時、結像光学系１１２０の光学倍率が１０倍であるとすると、撮像素子１１３１のそれぞれが撮像できる被撮像範囲は２ｍｍ四方となり、物体側には３×３個の被撮像範囲が３．８ｍｍ周期で並ぶことになる。演算手段１３００は、この３×３個の被撮像範囲を記憶する。そして、被撮像範囲を記憶した後、被検物ステージ１５００のＸ方向の位置を１．９ｍｍ（被撮像範囲の配列周期である３．８ｍｍの半分）だけ移動する場合を考える。すると、被検物ステージ１５００の移動後の各被撮像範囲は、演算手段１３００で記憶しておいた各被撮像範囲とＸ方向に０．１ｍｍの重なり領域をもって、３．８ｍｍ周期で並ぶことになる。このように、各受光面１１３６同士の間隔を埋めるように被検物ステージ１５００を移動する場合を想定し、各位置で記憶した被撮像範囲を被検物区分１３１０とすることで、被検物１００の観察領域の全域を区分することができる。
【００２８】
また、ステップＳ５０２では、各被検物区分１３１０に対応する撮像素子１１３１と、被検物ステージ１５００のＸＹ方向の位置とを演算手段１３００によって記憶しておく。ここで、図６では被検物１００の全面を被検物区分１３１０に区分しているが、予め表面形状取得手段１２００において検体１２０が存在する範囲（観察領域）を検出しておき、この範囲のみを区分するようにしてもよい。また、被検物１００の全面を区分した後に、観察領域を含む部分のみを被検物区分１３１０としてもよい。なお、検体１２０（観察領域）が、１つの撮像素子１１３１が撮像可能な被撮像範囲よりも小さい場合は、その観察領域を含む１つの被撮像範囲のみを被検物区分１３１０とすることになる。
【００２９】
ステップＳ５０３では、演算手段１３００において、ステップＳ５０１で取得した被検物１００の観察領域の全域の表面形状情報より、ステップＳ５０２で区分した被検物区分１３１０毎の表面形状を求める。
【００３０】
ステップＳ５０４では、演算手段１３００により、結像光学系１１２０の光学特性と撮像素子１１３１（受光面１１３６）の駆動範囲（並進範囲及びチルト範囲）とに基づき、物体側における合焦範囲１１３７を求める。図７（ａ）〜（ｃ）は、被検物ステージ１５００及び被検物１００の表面（被検物表面）１０１と、合焦範囲１１３７との関係を示した図である。この合焦範囲１１３７は、結像光学系１１２０の光学特性と、各撮像素子１１３１（受光面１１３６）の駆動範囲とに応じて求められる範囲である。被検物表面１０１のうち、この合焦範囲１１３７内に入った領域を撮像した場合に、フォーカスの合った画像を取得できる。
【００３１】
ここで、結像光学系１１２０の光学特性とは、結像光学系１１２０の光学倍率、焦点深度、被写界深度などを示している。この光学特性の情報は、演算手段１３００に予め保存しておくことにより、合焦範囲１１３７を求める際に適宜参照できるものとする。なお、結像光学系１１２０に絞りを設けて開口数（ＮＡ）を調整することができる構成とした場合は、その開口数の変化に応じて光学特性も変化することになる。その場合は、各開口数に対する光学特性のデータベースを演算手段１３００に予め保存しておいたり、演算手段１３００が開口数の変化に応じて光学特性を演算したりする構成にすればよい。また、光学特性の情報は、画像取得装置１０００に備えた他の記録手段や、画像取得装置１０００の外部の装置に保存しておき、演算手段１３００により適宜参照できるようにしてもよい。
【００３２】
仮に、結像光学系１１２０の光学倍率が１０倍である場合、各撮像素子１１３１における受光面１１３６のＺ並進範囲の１／１００、チルト範囲の１／１０に対応する物体側の領域が合焦範囲１１３７となる。また、本実施形態では、図３に示したように受光面１１３６同士が一定の間隔を空けて配置されているが、被検物ステージ１５００が可動であることを考慮して、ＸＹ平面内において隙間がないように合焦範囲１１３７を求めることができる。
【００３３】
ここで、被検物ステージ１５００の姿勢を、例えば以下のように定義されるベクトル１１４１で表す。ただし、ｎ及びｍは整数（０、±１、±２、±３、・・・）である。
（ｓｉｎ（ｎθ）・ｃｏｓ（ｍφ），ｓｉｎ（ｎθ）・ｓｉｎ（ｍφ），ｃｏｓ（ｎθ））
このベクトル１１４１からわかるように、本実施形態に係る被検物ステージ１５００の姿勢は、離散的な値として決定される。図７（ｄ）にベクトル１１４１の例を示す。
【００３４】
ステップＳ５０５では、被検物ステージ１５００が取り得る姿勢、すなわちベクトル１１４１におけるθ及びφの値を、結像光学系１１２０の光学倍率と撮像素子１１３１のチルト範囲とに基づき決定する。例えば、結像光学系１１２０の光学倍率が１０倍、各撮像素子１１３１のチルト範囲が１０ｍｒａｄである場合を考える。この時、被検物表面１０１の平均傾き（表面の近似平面の傾きなど）が１ｍｒａｄ以下ならば撮像素子１１３１のチルトのみでフォーカス調整が可能となる。よって、この場合のベクトル１１４１においては、−１ｍｒａｄ〜１ｍｒａｄの範囲になるようにθ及びφの値を決定する。
【００３５】
ステップＳ５０６では、演算手段１３００によって、被検物表面１０１の表面形状及び合焦範囲１１３７に基づき、各被検物区分１３１０が撮像可能か否かを判定する。まず、図７（ａ）に示したように、ベクトル１１４１におけるｎ及びｍの値が０、すなわち被検物ステージ１５００の上面が結像光学系１１２０の光軸方向（Ｚ方向）に対して垂直である場合を考える。演算手段１３００は、ステップＳ５０３で求めた被検物区分１３１０毎の被検物表面１０１の表面形状と、ステップＳ５０４で求めた合焦範囲１１３７とに基づき、被検物表面１０１のうち合焦範囲１１３７内に入りきる領域を含む被検物区分１３１０を、撮像可能であると判定する。そして、この撮像可能であると判定した被検物区分１３１０を被撮像区分１３６０として記憶する。
【００３６】
ここで、被撮像区分１３６０を決定する時の被検物ステージ１５００のＺ方向の位置は、被検物表面１０１の表面形状や合焦範囲１１３７などに応じて適宜決定される。例えば本実施形態では、被検物表面１０１のうち合焦範囲１１３７内に入りきる領域を含む被検物区分１３１０が最も多くなるように、被検物ステージ１５００のＺ方向の位置を設定している。これにより、本撮像時の被検物ステージ１５００の位置の変更量を減らすことができる。なお、被検物表面１０１が略平坦で、被検物表面１０１の全域が合焦範囲１１３７内に入りきるような場合は、全ての被検物区分１３１０を一つの被撮像区分に分類することができる。
【００３７】
ステップＳ５０７では、演算手段１３００により、ステップＳ５０６で分類した被撮像区分１３６０を顕微鏡装置１１００が本撮像する際の、被検物ステージ１５００の位置や姿勢を算出する。さらに、被撮像区分１３６０に含まれる被検物区分１３１０毎に、被検物表面１０１にフォーカスが合う時の撮像素子１１３１の位置や姿勢を記憶しておく。この被検物ステージ１５００及び各撮像素子１１３１の位置や姿勢の情報は、顕微鏡装置１１００により被撮像区分１３６０に分類された被検物区分１３１０のそれぞれを本撮像する際に用いられる。
【００３８】
なお、被検物表面１０１にフォーカスが合う時の各撮像素子１１３１のＺ方向の位置は、例えばステップＳ５０３で求めた各被検物区分１３１０毎の表面形状情報より算出できる。すなわち、撮像素子１１３１のそれぞれに対応する被検物区分１３１０のＸＹ方向の中心における、被検物表面１０１の高さに基づいて、各撮像素子１１３１の位置を算出する。また、被検物表面１０１にフォーカスが合う時の各撮像素子１１３１の姿勢は、例えば、それぞれに対応する被検物区分１３１０内の被検物表面１０１の平均傾きに基づき算出する。
【００３９】
そして、ステップＳ５０８では、演算手段１３００により、被検物１００の観察領域における被検物区分１３１０の全てが、被撮像区分１３６０として記憶されたかどうかを判定する。例えば、図７（ａ）で示したように、被検物表面１０１の一部が合焦範囲１１３７内に入りきらず、その一部を含む被検物区分１３１０が撮像可能であると判定されなかった場合は、ステップＳ５０６の処理に戻る。
【００４０】
本実施形態では、ステップＳ５０６に戻ってから、図７（ｂ）に示すように、ベクトル１１４１を変更せずに被検物ステージ１５００をＺ方向に移動する場合を考える。すなわち、被検物ステージ１５００を移動することで新たに合焦範囲１１３７内に入りきる被検物表面１０１を含む被検物区分１３１０を被撮像区分１３６１として、演算手段１３００により記憶する。この時、図７（ａ）におい被撮像区分１３６０として記憶されなかった被検物区分１３１０のうち、新たに撮像可能であると判定される被検物区分１３１０が最も多くなるように、被検物ステージ１５００を移動することが望ましい。これにより、本撮像時の被検物ステージ１５００の位置の変更量を減らすことができる。
【００４１】
このように、図７（ａ）においては撮像可能であると判定されなかった被検物区分１３１０を、新たな被撮像区分１３６１として記憶することができる。そして、再びステップＳ５０７に進み、被撮像区分１３６１に対する被検物ステージ１５００の位置や姿勢と、被検物区分１３１０毎の本撮像時における被検物ステージ１５００及び撮像素子１１３１の位置や姿勢とを記憶しておく。
【００４２】
なお、被検物ステージ１５００をＺ方向に移動しても、撮像可能であると判定されない被検物区分１３１０がある場合は、再びステップＳ５０６の処理に戻る。本実施形態では、図７（ｃ）に示すように、ベクトル１１４１のｎ、ｍを変更し、被検物ステージ１５００の姿勢を変える場合を考える。すなわち、被検物ステージ１５００の位置及び姿勢を変えて新たに合焦範囲１１３７内に入る被検物表面１０１を含む被検物区分１３１０を、被撮像区分１３６２として記憶する。そして、この被撮像区分１３６２に対して、再びステップＳ５０７の処理を行う。
【００４３】
このように、演算手段１３００により全ての被検物区分１３１０を被撮像区分として記憶するまで、ステップＳ５０６及びステップＳ５０７の処理を繰り返す。そして、記憶した被撮像区分のそれぞれに対する被検物ステージ１５００及び撮像素子１１３１の位置姿勢情報も記憶しておく。なお、本実施形態では、ベクトル１１４１におけるｎ及びｍの初期値を０としたが、その他の値を初期値として処理を開始してもよい。例えば、撮像可能となる被検物区分１３１０が最も多くなる時の被検物ステージ１５００の位置及び姿勢を演算し、その時のｎ及びｍの値を初期値とすることにより、より効率的に本撮像を行うことができる。また、ステップＳ５０３で求めた表面形状に基づいて被検物区分１３１０毎の代表傾き（平均傾きや、３点測定による傾きなど）を求め、それぞれの代表傾きの範囲よりｎ、ｍの取り得る範囲を算出してから、ステップＳ５０６における処理を行なってもよい。
【００４４】
続いて、ステップＳ５０９では、演算手段１３００により、ステップＳ５０６で記憶した被撮像区分１３６０〜１３６２を、本撮像において顕微鏡装置１１００により撮像する際の撮像順を演算する。ここでは、撮像の順番が前後となる被撮像区分のそれぞれに対応する、被検物ステージ１５００の姿勢同士が成す角度の和が最も小さくなるように、被撮像区分１３６０〜１３６２の撮像順を演算する。なお、各姿勢同士が成す角度は、姿勢変化の方向に関係なく、すべて正の値であるとする。
【００４５】
具体的には、まず、各被撮像区分の撮像順の組み合わせを求め、その全ての組み合わせにおいて、撮像の順番が前後となる被撮像区分に対応する被検物ステージ１５００の姿勢情報同士を比較する。すなわち、ステップＳ５０７で記憶しておいた各被撮像区分に対応する被検物ステージ１５００のベクトル１１４１の、それぞれが互いに成す角度を演算する。そして、各被撮像区分同士の組み合わせにおいて演算した全ての角度の和が最も小さい撮像順を採択する。これにより、本撮像において顕微鏡装置１１００が撮像しようとする被撮像区分を変更する前後で、被検物ステージ１５００の姿勢の変更量が最小になる姿勢の変更順を算出することができる。
【００４６】
さらに、ステップＳ５１０では、被撮像区分毎に含まれる被検物区分１３１０のそれぞれを、本撮像において顕微鏡装置１１００により撮像する際の順番を、演算手段１３００によって演算する。例えば、ステップＳ５０６において被撮像区分１３６０〜１３６２が図８に示すように分類されており、それぞれを順番に撮像する場合を考える。ここで、本実施形態のように、３×３個の撮像素子１１３１を離散的に配置した撮像部１１３０を用いる場合、図８に示すように、各被検物区分１３１０はそれぞれに付された数字の順番に撮像される。すなわち、まず被撮像区分１３６０に含まれる被検物区分１３１０の全てを順に撮像し、続いて被撮像区分１３６１、最後に被撮像区分１３６２を撮像するというような撮像順になる。このように、演算手段１３００は、被検物ステージ１５００の同一の姿勢において撮像可能であると判定された被検物区分の全てを、被検物ステージの夫々の位置同士で順に撮像するように、被撮像区分１３６０の撮像順を演算している。
【００４７】
そして、ステップＳ５１１では、各ステップにおいて演算手段１３００が記憶した位置姿勢情報や演算した撮像順に基づき、顕微鏡装置１１００によって被検物１００の本撮像を行う。まず、制御手段１６００によって、被検物ステージ１５００及び撮像素子１１３１の位置や姿勢を制御し、顕微鏡装置１１００に撮像指令を与える。本実施形態に係る撮像部１１３０には、複数の撮像素子１１３１がある間隔で離散的に配置されているので、１回の撮像では各被検物区分１３１０の画像（部分画像）が離散的に取得されることになる。そこで、被検物ステージ１５００を移動して、被検物１００と撮像素子１１３１との相対位置を変更しながら複数回撮像し、複数の撮像素子１１３１同士の隙間を埋めるように部分画像を取得する。これにより、被検物１００の観察領域の全域を区分した各被検物区分１３１０を、被検物ステージ１５００の姿勢の変更量が最小になる撮像順で撮像することができる。
【００４８】
最後に、ステップＳ５１２では、画像処理手段１４００により、各撮像素子１１３１で撮像した複数の部分画像をそれぞれの位置関係に基づいてつなぎ合わせ、被検物１００の観察領域の全域に対する一枚の全体画像を生成する。この時、隣接する部分画像間の位置ズレによる画像劣化を軽減するために、ステージ計測部１１４０によって計測した被検物ステージ１５００の位置姿勢情報に基づき、被撮像区分毎の部分画像の位置変化量を演算する。そして、この位置変化量に基づいて画像処理を行うことで、全体画像における部分画像の位置ズレを補正することができる。なお、画像処理手段１４００としては、例えばＰＣと画像処理プログラムとで構成したものや、画像処理回路基板を用いたものなどが挙げられる。
【００４９】
このように、本実施形態に係る演算手段１３００によれば、被検物ステージ１５００の姿勢の変更量及び変更回数が最小となる被検物の撮像順を演算することができる。具体的には、演算手段１３００により、被検物ステージ１５００の姿勢毎に、撮像可能であると判定した被検物区分１３１０を被撮像区分として記憶していき、その被撮像区分毎に撮像を行うように撮像順を演算している。これにより、被検物ステージ１５００の同一の姿勢において撮像可能な被検物区分１３１０の全てを、被検物ステージの位置のみを変更して撮像することができ、被検物ステージ１５００の姿勢の変更回数を減らすことができる。さらに、本撮像時の被検物ステージ１５００の姿勢の変更量が最小となるような被検物の撮像順を演算することにより、被検物ステージ１５００の姿勢の変更量を減らすことができる。
【００５０】
したがって、本実施形態に係る画像取得装置１０００によれば、被検物ステージ１５００の制御や各部分画像の位置変化量の演算にかかる時間を短縮し、被検物１００の観察領域の全域の画像を取得する際にかかる時間を短縮することができる。
【００５１】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれ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。
【００５２】
例えば、本実施形態に係る撮像部１１３０は複数の撮像素子１１３１を有しているが、本発明はこれに限らず、１つの撮像素子１１３１で撮像部１１３０を構成してもよい。本実施形態に係る撮像部１１３０では、各撮像素子１１３１の位置及び姿勢が変更可能に構成されているが、Ｚ並進のみ可能な構成としてもよいし、駆動部１１３２を設けずに各撮像素子１１３１を駆動しない構成としてもよい。また、撮像部１１３０全体をＸＹＺ方向に駆動可能に構成し、被検物ステージ１５００または撮像部１１３０の少なくとも一方をＸＹ方向に移動することで、被検物１００と撮像素子１１３１との相対位置を変更できるようにしてもよい。
【００５３】
なお、各撮像素子１１３１を駆動しない構成の場合、前述したステップＳ５０４においては、演算手段１３００は結像光学系１１２０の光学特性に基づいて合焦範囲を求めることになる。すなわち、撮像素子１１３１を駆動せずとも、被検物ステージ１５００の駆動のみによって、本実施形態に係る画像取得方法を適用することができる。
【００５４】
また、本実施形態では、結像光学系１１２０が拡大系である場合を想定しており、被検物ステージ１５００の位置や姿勢の精密な計測及び制御を行なっているが、本発明はこれに限らない。例えば、結像光学系１１２０を縮小投影系とした場合は、被検物ステージ１５００よりも撮像素子１１３１の制御の精度の方が、取得画像に及ぼす影響が大きくなる。よって、このような場合は、撮像素子１１３１の位置や姿勢の変更量及び変更回数を減らして、上述したような画像取得動作を行う。
【００５５】
また、本実施形態に係る演算手段１３００は、各手段とは独立して設けられているが、顕微鏡装置１１００、表面形状取得手段１２００、画像処理手段１４００、制御手段１６００などと一体になるように構成してもよい。なお、本実施形態に係る画像取得装置１０００は、顕微鏡装置１１００、表面形状取得手段１２００、演算手段１３００、画像処理手段１４００、を１つずつ備えているが、本発明はこれに限らず、各手段を複数備える構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１００  被検物
１０００  画像取得装置
１１２０  結像光学系
１１３０  撮像部
１１４０  ステージ計測部
１３００  演算手段
１５００  被検物ステージ
【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】
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