(57)【要約】  撮像装置は、照明と、ステージと、複数のマイクロレンズと、撮像素子と、制御部とを有する。前記制御部は、第１の状態と第２の状態とが実現されるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御する。前記第１の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第１の角度と、前記第２の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第２の角度とが異なる。
2017060954.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光を発生する照明と、
サンプルが配置され、かつ前記照明からの前記光を透過するステージと、
２次元に配置され、かつ前記サンプルおよび前記ステージを透過した前記光を集光する複数のマイクロレンズと、
前記複数のマイクロレンズを通過した前記光が入射し、かつ前記光に基づく画像信号を出力する撮像素子と、
第１の状態と第２の状態とが実現されるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御し、前記第１の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第１の角度と、前記第２の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第２の角度とが異なる制御部と、
を有する撮像装置。
【請求項２】
前記照明は、平行光を発生する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、２つ以上の前記マイクロレンズの中心を通る面に平行な方向における前記複数のマイクロレンズの位置を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記照明は、
前記光を発生する光源と、
前記光源と前記サンプルとの間に配置され、かつ開口部を有する絞りと、
を有し、
前記制御部は、前記第１の状態と前記第２の状態とで前記開口部の位置が異なるように前記絞りの位置を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記照明は、
前記光を発生する光源と、
前記光源と前記サンプルとの間に２次元に配置され、かつ前記光を透過する透過状態と前記光を遮断する遮断状態とになる複数の液晶素子と、
を有し、
前記制御部は、前記第１の状態では、第１の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第１の領域と異なる第２の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御し、
前記制御部は、前記第２の状態では、前記第１の領域と異なる第３の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第３の領域と異なる第４の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との両方を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記第１の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出し、
前記制御部は、前記第２の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出し、
前記制御部は、算出された位置に基づいて、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御する
請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記制御部は、前記画像信号に基づいて、前記サンプルにおける撮像領域を判断し、
前記制御部は、第１の撮像領域と第２の撮像領域とが異なるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御し、前記第１の撮像領域は、前記第１の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域であり、前記第２の撮像領域は、前記第２の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域である
請求項１に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数のマイクロレンズが配置されたレンズアレーを用いた撮像装置が開示されている。例えば、特許文献１では、レンズアレーを有し、かつ生体を撮像する生体認証装置が開示されている。このような撮像装置に用いられるマイクロレンズは、同じ開口数（ＮＡ）を持つ通常のレンズと比較して、焦点距離が短く、かつワーキングディスタンスが小さい。このため、装置の薄型化が可能であるという利点がある。【０００３】
レンズアレーに用いられる撮像装置における像の形成について説明する。光源から発生した光は、サンプルによって吸収および散乱される。サンプルを透過した光は、ステージを透過する。ステージを透過した光は、マイクロレンズによって集光される。マイクロレンズを透過した光は、撮像素子に入射し、かつ撮像素子の撮像面にサンプルの像が形成される。【０００４】
マイクロレンズの光軸に直交する２つの軸がＸ軸およびＹ軸と定義される場合、各マイクロレンズによって撮像素子に投影される像はＸ方向とＹ方向とに反転される。撮像素子から出力された画像信号が処理されることにより、各マイクロレンズによって投影された像がＸ方向とＹ方向とに反転され、かつそれぞれの像が繋ぎ合わされる。これによって、反転していないサンプルの像が取得される。【０００５】
複数のマイクロレンズのそれぞれが像を形成する。２つの隣接するマイクロレンズによって形成される２つの像が重なる場合、画像信号の処理によって、重なった２つの像を分離することができない。【０００６】
得られる情報量が多くなるためには、マイクロレンズの倍率が高いことが望ましい。また、得られる情報量が多くなるためには、２つの隣接するマイクロレンズによって撮像素子に投影される２つの像の間に生じる隙間が小さいことが望ましい。【０００７】
一方、マイクロレンズの倍率が１倍よりも大きい場合、サンプルの一部の領域からの光が複数のマイクロレンズに入射しない。このため、サンプルの一部の領域の像が撮像素子に投影されない。上記の事情を考慮すると、マイクロレンズの倍率が１倍であることが望ましい。また、複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影される複数の像のそれぞれが重ならず、かつ複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影される複数の像の間に隙間が生じないように複数のマイクロレンズが配置されることが望ましい。これによって、サンプルの像が効率良く取得される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】日本国特許第４７４８２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
マイクロレンズとサンプルとの距離またはマイクロレンズと撮像素子との距離が変化することにより、マイクロレンズによって形成される像の大きさが変化する。像の大きさの変化により、複数の像の重なりまたは複数の像の間の隙間が生じる可能性がある。【００１０】
図１９は、２つの隣接するマイクロレンズによって形成された像が重なる例を示している。図１９では、照明１０２０と、サンプル１０９０と、マイクロレンズ１０４０と、撮像素子１０５０との断面が示されている。照明１０２０から発生した光はサンプル１０９０に照射される。便宜のため、サンプル１０９０の領域を示す文字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）が示されている。サンプル１０９０を透過した光はマイクロレンズ１０４０に入射する。図１９では、２つの隣接するマイクロレンズ１０４０に光が入射する様子が示されている。【００１１】
２つのマイクロレンズ１０４０を透過した光は、撮像素子１０５０に投影される。２つのマイクロレンズ１０４０によって撮像素子１０５０に投影された像が撮像素子１０５０の下に模式的に示されている。サンプル１０９０の領域（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ）からの光が入射する左側のマイクロレンズ１０４０によって像ＩＭＧ１１が形成される。サンプル１０９０の領域（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）からの光が入射する右側のマイクロレンズ１０４０によって像ＩＭＧ１２が形成される。撮像素子１０５０において、像ＩＭＧ１１と像ＩＭＧ１２との一部が重なる。つまり、像ＩＭＧ１１においてサンプル１０９０の領域（Ａ，Ｂ）からの光によって形成される部分と、像ＩＭＧ１２においてサンプル１０９０の領域（Ｇ，Ｈ）からの光によって形成される部分とが重なる。このため、画像信号において、これらの領域の情報が失われる。図１９では、便宜のため、像ＩＭＧ１１と像ＩＭＧ１２との位置が縦にずれているが、実際には像ＩＭＧ１１と像ＩＭＧ１２との一部が重なる。【００１２】
本発明は、サンプルの良好な画像信号を得ることができる撮像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】
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、撮像装置は、照明と、ステージと、複数のマイクロレンズと、撮像素子と、制御部とを有する。前記照明は、光を発生する。前記ステージは、サンプルが配置され、かつ前記照明からの前記光を透過する。前記複数のマイクロレンズは、２次元に配置され、かつ前記サンプルおよび前記ステージを透過した前記光を集光する。前記撮像素子は、前記複数のマイクロレンズを通過した前記光が入射し、かつ前記光に基づく画像信号を出力する。前記制御部は、第１の状態と第２の状態とが実現されるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御する。前記第１の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第１の角度と、前記第２の状態で前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光の第２の角度とが異なる。【００１４】
本発明の第２の態様によれば、第１の態様において、前記照明は、平行光を発生してもよい。【００１５】
本発明の第３の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、２つ以上の前記マイクロレンズの中心を通る面に平行な方向における前記複数のマイクロレンズの位置を制御してもよい。【００１６】
本発明の第４の態様によれば、第１の態様において、前記照明は、光源と、絞りとを有してもよい。前記光源は、前記光を発生する。前記絞りは、前記光源と前記サンプルとの間に配置され、かつ開口部を有する。前記制御部は、前記第１の状態と前記第２の状態とで前記開口部の位置が異なるように前記絞りの位置を制御してもよい。【００１７】
本発明の第５の態様によれば、第１の態様において、前記照明は、光源と、複数の液晶素子とを有してもよい。前記光源は、前記光を発生する。前記複数の液晶素子は、前記光源と前記サンプルとの間に２次元に配置され、かつ前記光を透過する透過状態と前記光を遮断する遮断状態とになる。前記制御部は、前記第１の状態では、第１の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第１の領域と異なる第２の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御してもよい。前記制御部は、前記第２の状態では、前記第１の領域と異なる第３の領域に配置された前記液晶素子が透過状態になり、かつ前記第３の領域と異なる第４の領域に配置された前記液晶素子が遮断状態になるように前記複数の液晶素子を制御してもよい。【００１８】
本発明の第６の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との両方を制御してもよい。【００１９】
本発明の第７の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記第１の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出してもよい。前記制御部は、前記第２の状態における前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を算出してもよい。前記制御部は、算出された位置に基づいて、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御してもよい。【００２０】
本発明の第８の態様によれば、第１の態様において、前記制御部は、前記画像信号に基づいて、前記サンプルにおける撮像領域を判断してもよい。前記制御部は、第１の撮像領域と第２の撮像領域とが異なるように、前記照明からの前記光の照射位置と前記複数のマイクロレンズの位置との少なくとも一方を制御してもよい。前記第１の撮像領域は、前記第１の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域である。前記第２の撮像領域は、前記第２の状態において前記複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する前記光が透過した前記サンプルにおける前記撮像領域である。
【発明の効果】
【００２１】
上記の各態様によれば、第１の状態で複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の第１の角度と、第２の状態で複数のマイクロレンズのそれぞれに入射する光の第２の角度とが異なる。これによって、撮像装置は、サンプルの良好な画像信号を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施形態の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明の実施形態の複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影された像を示す参考図である。
【図３】本発明の実施形態の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図４】本発明の実施形態の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施形態の複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影される像の変化を示す概略図である。
【図６】本発明の実施形態の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図７】本発明の実施形態の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施形態の複数のマイクロレンズによって撮像素子に投影される像の変化を示す概略図である。
【図９】本発明の実施形態の照明からの光の照射位置または複数のマイクロレンズの位置を決定する方法を説明するための概略図である。
【図１０】本発明の実施形態の照明からの光の照射位置または複数のマイクロレンズの位置を決定する方法を説明するための概略図である。
【図１１】本発明の実施形態の照明からの光の照射位置または複数のマイクロレンズの位置を決定する方法を説明するための概略図である。
【図１２】本発明の実施形態の画像信号の取得方法を説明するための概略図である。
【図１３】本発明の実施形態の第１の変形例の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】本発明の実施形態の第１の変形例の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図１５】本発明の実施形態の第１の変形例の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図１６】本発明の実施形態の第２の変形例の撮像装置の構成を示すブロック図である。
【図１７】本発明の実施形態の第２の変形例の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図１８】本発明の実施形態の第２の変形例の第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置の状態を示すブロック図である。
【図１９】２つの隣接するマイクロレンズによって形成された像が重なる例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
図面を参照し、本発明の実施形態を説明する。図１は、本発明の実施形態の撮像装置１０の構成を示している。図１に示すように、撮像装置１０は、照明２０と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０と、制御部６０とを有する。さらに、撮像装置１０は、照明駆動部７０とレンズ駆動部８０とを有する。図１では、照明２０と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２０が配置される第１の面１０１に垂直である。
【００２４】
照明２０は、光を発生する。照明２０は、第１の面１０１に配置され、かつ第１の面１０１から光を発生する。図１では、第１の面１０１の断面が破線で示されている。
【００２５】
例えば、照明２０は、拡散光を発生する。照明２０は、平行光を発生してもよい。例えば、照明２０に使用される光源は、ＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）、およびハロゲンランプである。照明２０に使用される光源は、これら以外の光源であってもよい。照明２０に使用される光源が発生する光の波長に制限はない。
【００２６】
ステージ３０は、サンプル９０が配置され、かつ照明２０からの光を透過する。ステージ３０は、サンプル９０が配置される第２の面１０２を有する。照明２０からの光は第２の面１０２を透過する。例えば、第２の面１０２は、第１の面１０１と平行である。
【００２７】
例えば、ステージ３０は、ガラスまたはアクリルで構成される。ステージ３０は、サンプル９０を保持することができ、かつ光を透過する材料で構成されていればよい。
【００２８】
複数のマイクロレンズ４０は、２次元に配置され、かつサンプル９０およびステージ３０を透過した光を集光する。図１では、代表として１つのマイクロレンズ４０の符号が示されている。例えば、２つ以上のマイクロレンズ４０の中心（主点）は、第３の面１０３に配置される。つまり、第３の面１０３は、２つ以上のマイクロレンズ４０の中心を通る面である。第３の面１０３は、複数のマイクロレンズ４０が配置された２次元方向に平行である。例えば、第３の面１０３は、第１の面１０１または第２の面１０２と平行である。図１では、第３の面１０３の断面が破線で示されている。
【００２９】
例えば、１つの基体に対して複数のマイクロレンズ４０がアレイ状に形成されている。基体と複数のマイクロレンズ４０とは一体化されている。複数のマイクロレンズ４０のそれぞれが独立的に形成されていてもよい。例えば、マイクロレンズ４０の形状は円である。マイクロレンズ４０の形状は、三角形、四角形、および六角形等の多角形であってもよい。
【００３０】
一般的に、マイクロレンズ４０には収差がある。マイクロレンズ４０によって形成される像の周辺部では、収差の影響により、シェーディングと歪みとが発生する。マイクロレンズ４０によって形成される像の中心部では、シェーディングと歪みとの影響が低減された良好な像が得られる。
【００３１】
複数のマイクロレンズ４０を通過した光が撮像素子５０に入射する。撮像素子５０は、その光に基づく画像信号を出力する。撮像素子５０は、複数のマイクロレンズ４０を通過した光が入射する複数の画素が配置された第４の面１０４（撮像面）を有する。複数の画素のそれぞれは、複数の画素のそれぞれに入射した光に基づく画像信号を出力する。
【００３２】
例えば、撮像素子５０は、ＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）またはＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ−Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）が搭載されたイメージセンサである。
【００３３】
ステージ３０とサンプル９０とは、照明２０と複数のマイクロレンズ４０との間に配置される。複数のマイクロレンズ４０は、ステージ３０と撮像素子５０との間に配置される。
【００３４】
制御部６０は、第１の状態と第２の状態とが実現されるように、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を制御する。第１の状態で複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに入射する光の第１の角度と、第２の状態で複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに入射する光の第２の角度とが異なる。
【００３５】
マイクロレンズ４０に入射する光の角度は、第１の面１０１における照明２０の中心（重心）とマイクロレンズ４０の中心（主点）とを通る直線が第３の面１０３と交わる角度である。第１の面１０１における照明２０の中心（重心）は、マイクロレンズ４０に入射する光が発生する領域の中心（重心）である。第１の面１０１における照明２０の中心（重心）は、照明２０の全体の中心（重心）とは限らない。
【００３６】
例えば、制御部６０は、照明２０からの光の照射位置を制御する。つまり、制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向に照明２０を移動させる。これによって、制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向における照明２０の位置を制御する。制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向に、照明２０に含まれる一部の素子のみを移動させてもよい。これによって、制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向における、照明２０に含まれる一部の素子の位置を制御してもよい。制御部６０は、照明２０に含まれる一部の素子の状態を変化させることにより、第１の面１０１に平行な方向に照明２０の発光領域を移動させてもよい。これによって、制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向における照明２０の発光領域の位置を制御してもよい。
【００３７】
あるいは、制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０の位置を制御する。つまり、制御部６０は、第３の面１０３に平行な方向に複数のマイクロレンズ４０を移動させる。これによって、制御部６０は、第３の面１０３に平行な方向における複数のマイクロレンズ４０の位置を制御する。
【００３８】
あるいは、制御部６０は、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との両方を制御する。つまり、制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向に照明２０を移動させ、かつ第３の面１０３に平行な方向に複数のマイクロレンズ４０を移動させる。これによって、制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向における照明２０の位置と、第３の面１０３に平行な方向における複数のマイクロレンズ４０の位置とを制御する。照明２０の位置の制御は、照明２０に含まれる一部の素子の位置の制御であってもよい。照明２０の位置の制御は、照明２０に含まれる一部の素子の状態の制御による照明２０の発光領域の位置の制御であってもよい。
【００３９】
制御部６０は、第１の状態で生成された第１の画像信号と、第２の状態で生成された第２の画像信号とを合成することにより、サンプル９０の画像信号を生成する。このとき、制御部６０は、第１の画像信号に基づく第１の画像において、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する領域を切り出す。つまり、制御部６０は、撮像素子５０の撮像面の全体に対応する第１の画像信号から、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する第１の画像信号を生成する。同様に、制御部６０は、第２の画像信号に基づく第２の画像において、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する領域を切り出す。つまり、制御部６０は、撮像素子５０の撮像面の全体に対応する第２の画像信号から、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する第２の画像信号を生成する。制御部６０は、上記の処理によって、２つの隣接するマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される２つの像の間に生じる隙間の影響を低減することができる。
【００４０】
複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する領域が切り出されるとき、制御部６０は、各マイクロレンズ４０によって形成された像の一部に対応する領域を切り出してもよい。つまり、制御部６０は、各マイクロレンズ４０によって形成された像のうち合成に必要な像に対応する領域を切り出してもよい。例えば、制御部６０は、各マイクロレンズ４０によって形成された像のうち他のマイクロレンズ４０によって形成された像と重なる領域以外の領域を切り出す。あるいは、制御部６０は、各マイクロレンズ４０によって形成された像のうち中央部のみの像の領域を切り出す。制御部６０は、切り出された領域に対応する第１の画像信号と第２の画像信号とを合成する。
【００４１】
例えば、制御部６０は、ＣＰＵ等のプロセッサを含む。制御部６０は、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）等のハードウェアを含んでもよい。制御部６０は、画像信号を処理する画像処理回路を含んでもよい。あるいは、撮像装置１０は、制御部６０から独立した画像処理回路を有してもよい。
【００４２】
照明駆動部７０は、第１の面１０１に平行な方向に照明２０を移動させる。レンズ駆動部８０は、第３の面１０３に平行な方向に複数のマイクロレンズ４０を移動させる。照明駆動部７０とレンズ駆動部８０とは、制御部６０によって制御される。制御部６０は、照明駆動部７０を介して照明２０からの光の照射位置を制御する。制御部６０は、レンズ駆動部８０を介して複数のマイクロレンズ４０の位置を制御する。撮像装置１０は、照明駆動部７０とレンズ駆動部８０との一方のみを有してもよい。
【００４３】
照明駆動部７０とレンズ駆動部８０とは、モーターの回転方向の力をボールねじ等により直線方向の力に変換する。例えば、照明駆動部７０とレンズ駆動部８０とに使用されるモーターは、ステッピングモーターおよびブラシレスモーターである。照明駆動部７０とレンズ駆動部８０とに使用されるモーターは、これら以外のモーターであってもよい。
【００４４】
図２は、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影された像を示している。複数のマイクロレンズ４０が２次元に配置されているため、複数のマイクロレンズ４０によって投影された複数の像が２次元に配置されている。図２では、２つの隣接するマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される２つの像の間に隙間が生じている。
【００４５】
複数のマイクロレンズ４０によって形成される像の大きさがその像のピッチよりも小さい場合、撮像素子５０の撮像面において、光が当たらない隙間が像と像との間に生じる。この隙間に配置された画素から出力された画像信号には像の情報が含まれない。制御部６０は、撮像素子５０の撮像面の全体に対応する画像信号から、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する画像信号を生成することによって、隙間の影響を低減することができる。
【００４６】
複数のマイクロレンズ４０によって形成される像の大きさがその像のピッチよりも大きい場合、撮像素子５０の撮像面において、複数の像が重なる。複数の像が重なる部分に配置された画素から出力された画像信号では、それぞれの像の情報が混合する。制御部６０は、これらの混合した情報を分離することができない。つまり、制御部６０は、複数の像が重なる部分の画像信号からサンプル９０の情報を取得することができない。
【００４７】
図３と図４とは、第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置１０の状態を示している。図３は第１の状態の例であり、かつ図４は第２の状態の例である。図３と図４とでは、照明２０と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２０が配置される第１の面１０１に垂直である。図３と図４とでは、第１の面１０１に平行な方向に照明２０が移動する例が示されている。
【００４８】
図３に示すように、第１の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第１の角度は、θ１である。図４では、照明２０が左側に移動した後の状態が示されている。照明２０が移動することによって、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化する。図４に示すように、第２の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第２の角度は、θ２である。第１の角度θ１と第２の角度θ２とは互いに異なる。マイクロレンズ４０に入射する光の角度は、第１の面１０１における照明２０の中心（重心）とマイクロレンズ４０の中心（主点）とを通る直線が第３の面１０３と交わる角度である。
【００４９】
図３と図４とでは、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ４０に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。
【００５０】
図５は、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の変化を示している。図５では、照明２０と、サンプル９０と、マイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。照明２０から発生した光はサンプル９０に照射される。便宜のため、サンプル９０の領域を示す文字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）が示されている。サンプル９０を透過した光はマイクロレンズ４０に入射する。図５では、１つのマイクロレンズ４０に光が入射する様子が示されている。
【００５１】
マイクロレンズ４０を透過した光は、撮像素子５０に投影される。マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影された像が撮像素子５０の下に模式的に示されている。第１の状態における照明２０とそのときの光束とが破線で示されている。第２の状態における照明２０とそのときの光束とが実線で示されている。
【００５２】
第１の状態においてサンプル９０の領域（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）からの光がマイクロレンズ４０に入射することにより、像ＩＭＧ１が形成される。サンプル９０の領域（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）からの光がマイクロレンズ４０に入射することにより、像ＩＭＧ２が形成される。像ＩＭＧ１においてサンプル９０の領域（Ｄ）の像は、像ＩＭＧ１の周辺部にある。一方、像ＩＭＧ２においてサンプル９０の領域（Ｄ）の像は、像ＩＭＧ２の中央部にある。サンプル９０の領域（Ｇ，Ｈ）の像は、像ＩＭＧ１に含まれるが、像ＩＭＧ２に含まれない。サンプル９０の領域（Ｂ，Ｃ）の像は、像ＩＭＧ２に含まれるが、像ＩＭＧ１に含まれない。つまり、マイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化することにより、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。制御部６０が複数のマイクロレンズ４０の位置を制御することにより、第１の状態においてマイクロレンズ４０によって形成された像の周辺部と、第２の状態においてそのマイクロレンズ４０によって形成された像の中央部とが一致する。
【００５３】
像ＩＭＧ１において、サンプル９０の領域（Ｄ）の像は収差の影響を受ける。一方、像ＩＭＧ２において、サンプル９０の領域（Ｄ）の像に対する収差の影響は低減されている。
【００５４】
例えば、制御部６０は、像ＩＭＧ１に対応する画像から、像ＩＭＧ１の中央部にあるサンプル９０の領域（Ｅ，Ｆ，Ｇ）の像を切り出す。同様に、制御部６０は、像ＩＭＧ２に対応する画像から、像ＩＭＧ２の中央部にあるサンプル９０の領域（Ｃ，Ｄ，Ｅ）の像を切り出す。サンプル９０の領域（Ｅ）の像が重なるように、切り出された２つの像を合成することにより、制御部６０は、サンプル９０の領域（Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ）の像を得ることができる。制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって撮像素子５０に投影された像を合成することにより、サンプル９０の領域（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）の像を得ることができる。
【００５５】
上記のように、照明２０が移動することによって、複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。
【００５６】
第３の面１０３に平行な方向に複数のマイクロレンズ４０が移動してもよい。図６と図７とは、第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置１０の状態を示している。図６は第１の状態の例であり、かつ図７は第２の状態の例である。図６と図７とでは、照明２０と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２０が配置される第１の面１０１に垂直である。図６と図７とでは、第３の面１０３に平行な方向に複数のマイクロレンズ４０が移動する例が示されている。
【００５７】
図６に示すように、第１の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第１の角度は、θ３である。図７では、複数のマイクロレンズ４０が右側に移動した後の状態が示されている。複数のマイクロレンズ４０が移動することによって、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化する。図７に示すように、第２の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第２の角度は、θ４である。第１の角度θ３と第２の角度θ４とは互いに異なる。マイクロレンズ４０に入射する光の角度は、第１の面１０１における照明２０の中心（重心）とマイクロレンズ４０の中心（主点）とを通る直線が第３の面１０３と交わる角度である。
【００５８】
図６と図７とでは、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ４０に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。
【００５９】
図８は、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の変化を示している。図８では、照明２０と、サンプル９０と、マイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。照明２０から発生した光はサンプル９０に照射される。便宜のため、サンプル９０の領域を示す文字（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）が示されている。サンプル９０を透過した光はマイクロレンズ４０に入射する。図８では、１つのマイクロレンズ４０に光が入射する様子が示されている。
【００６０】
マイクロレンズ４０を透過した光は、撮像素子５０に投影される。マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影された像が撮像素子５０の下に模式的に示されている。第１の状態におけるマイクロレンズ４０とそのときの光束とが破線で示されている。第２の状態におけるマイクロレンズ４０とそのときの光束とが実線で示されている。
【００６１】
第１の状態においてサンプル９０の領域（Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ）からの光がマイクロレンズ４０に入射することにより、像ＩＭＧ３が形成される。サンプル９０の領域（Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）からの光がマイクロレンズ４０に入射することにより、像ＩＭＧ４が形成される。像ＩＭＧ３においてサンプル９０の領域（Ｆ）の像は、像ＩＭＧ３の周辺部にある。一方、像ＩＭＧ４においてサンプル９０の領域（Ｆ）の像は、像ＩＭＧ４の中央部にある。サンプル９０の領域（Ｂ，Ｃ）の像は、像ＩＭＧ３に含まれるが、像ＩＭＧ４に含まれない。サンプル９０の領域（Ｇ，Ｈ）の像は、像ＩＭＧ４に含まれるが、像ＩＭＧ３に含まれない。つまり、マイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化することにより、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。制御部６０が照明２０からの光の照射位置を制御することにより、第１の状態においてマイクロレンズ４０によって形成された像の周辺部と、第２の状態においてそのマイクロレンズ４０によって形成された像の中央部とが一致する。
【００６２】
像ＩＭＧ３において、サンプル９０の領域（Ｆ）の像は収差の影響を受ける。一方、像ＩＭＧ４において、サンプル９０の領域（Ｆ）の像に対する収差の影響は低減されている。
【００６３】
例えば、制御部６０は、像ＩＭＧ３に対応する画像から、像ＩＭＧ３の中央部にあるサンプル９０の領域（Ｃ，Ｄ，Ｅ）の像を切り出す。同様に、制御部６０は、像ＩＭＧ４に対応する画像から、像ＩＭＧ４の中央部にあるサンプル９０の領域（Ｅ，Ｆ，Ｇ）の像を切り出す。サンプル９０の領域（Ｅ）の像が重なるように、切り出された２つの像を合成することにより、制御部６０は、サンプル９０の領域（Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ）の像を得ることができる。制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって撮像素子５０に投影された像を合成することにより、サンプル９０の領域（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆ，Ｇ，Ｈ）の像を得ることができる。
【００６４】
上記のように、複数のマイクロレンズ４０が移動することによって、複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。
【００６５】
照明２０が移動する必要はない。電気配線が施された照明２０が固定されることにより、故障のリスクが低減する。
【００６６】
照明２０は、平行光を発生してもよい。この場合、照明２０と複数のマイクロレンズ４０との距離の変化に関わらず、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の大きさは一定である。このため、照明２０とマイクロレンズ４０との距離の調整が簡略化される。照明２０が平行光を発生する場合、複数のマイクロレンズ４０の移動により、第１の状態と第２の状態とが実現される。
【００６７】
制御部６０は、照明２０と複数のマイクロレンズ４０との両方を移動させてもよい。この場合、照明２０と複数のマイクロレンズ４０との移動時間と移動距離とが削減される。
【００６８】
図９と、図１０と、図１１とを参照して、照明２０からの光の照射位置または複数のマイクロレンズ４０の位置を決定する方法を説明する。図９と、図１０と、図１１とでは、照明２０と、サンプル９０と、マイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、マイクロレンズ４０の中心を通る。
【００６９】
サンプル９０の厚さが大きい場合、マイクロレンズ４０の光軸方向に焦点を移動させながらサンプル９０を観察する必要がある。サンプル９０とマイクロレンズ４０との距離を変えることにより、撮像装置１０は、マイクロレンズ４０の光軸方向に焦点を移動させることができる。
【００７０】
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の大きさφ３は、式（１）により算出される。式（１）において、φ１は照明２０の径である。φ２はマイクロレンズ４０の径である。Ｌ１は照明２０とマイクロレンズ４０との距離である。Ｌ２はマイクロレンズ４０と撮像素子５０との距離である。ｆはマイクロレンズ４０の焦点距離である。
【００７１】
【数１】
2017060954.tif 000003
【００７２】
図９では、照明２０の径φ１と、マイクロレンズ４０の径φ２と、像の大きさφ３との関係が示されている。また、図９では、照明２０とマイクロレンズ４０との距離Ｌ１と、マイクロレンズ４０と撮像素子５０との距離Ｌ２との関係が示されている。
【００７３】
式（１）は、１次元における像の大きさφ３を示している。制御部６０は、式（１）を２次元に適用することにより、２次元における像の大きさを算出する。照明２０が平行光を発生する場合、式（１）における照明２０の径φ１は、マイクロレンズ４０の径φ２と等しい。
【００７４】
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の中心（重心）位置Ｃ３は、式（２）により算出される。式（２）において、Ｃ１は照明２０の中心（重心）位置である。Ｃ２はマイクロレンズ４０の中心（主点）位置である。Ｌ１は照明２０とマイクロレンズ４０との距離である。Ｌ２はマイクロレンズ４０と撮像素子５０との距離である。
【００７５】
【数２】
2017060954.tif 000004
【００７６】
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の中心位置Ｃ３に対応するサンプル９０の中心（重心）位置Ｃ４は、式（３）により算出される。式（３）において、Ｃ１は照明２０の中心（重心）位置である。Ｃ２はマイクロレンズ４０の中心（主点）位置である。Ｌ３は照明２０とサンプル９０との距離である。Ｌ４はサンプル９０とマイクロレンズ４０との距離である。
【００７７】
【数３】
2017060954.tif 000005
【００７８】
図１０では、照明２０の中心位置Ｃ１と、マイクロレンズ４０の中心位置Ｃ２と、像の中心位置Ｃ３と、サンプル９０の中心位置Ｃ４との関係が示されている。また、図１０では、照明２０とマイクロレンズ４０との距離Ｌ１と、マイクロレンズ４０と撮像素子５０との距離Ｌ２と、照明２０とサンプル９０との距離Ｌ３と、サンプル９０とマイクロレンズ４０との距離Ｌ４との関係が示されている。像の中心位置Ｃ３とサンプル９０の中心位置Ｃ４とは、照明２０の中心位置Ｃ１とマイクロレンズ４０の中心位置Ｃ２とを通る直線上にある。
【００７９】
式（２）は、１次元における像の中心位置Ｃ３を示している。制御部６０は、式（２）を２次元に適用することにより、２次元における像の中心位置を算出する。照明２０が平行光を発生する場合、式（２）における照明２０の中心位置Ｃ１は、マイクロレンズ４０の中心位置Ｃ２と等しい。
【００８０】
式（３）は、１次元におけるサンプル９０の中心位置Ｃ４を示している。制御部６０は、式（３）を２次元に適用することにより、２次元におけるサンプル９０の中心位置を算出する。照明２０が平行光を発生する場合、式（３）における照明２０の中心位置Ｃ１は、マイクロレンズ４０の中心位置Ｃ２と等しい。
【００８１】
照明光が平行光以外の光である場合、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像の大きさφ３に対応するサンプル９０の大きさφ４は、式（４）により算出される。式（４）において、φ１は照明２０の径である。φ２はマイクロレンズ４０の径である。Ｌ３は照明２０とサンプル９０との距離である。Ｌ４はサンプル９０とマイクロレンズ４０との距離である。
【００８２】
【数４】
2017060954.tif 000006
【００８３】
図１１では、照明２０の径φ１と、マイクロレンズ４０の径φ２と、像の大きさφ３と、サンプル９０の大きさφ４との関係が示されている。また、図１１では、照明２０とマイクロレンズ４０との距離Ｌ１と、マイクロレンズ４０と撮像素子５０との距離Ｌ２と、照明２０とサンプル９０との距離Ｌ３と、サンプル９０とマイクロレンズ４０との距離Ｌ４との関係が示されている。サンプル９０の大きさφ４は、大きさφ３の像を撮像素子５０に投影するための光束が透過するサンプル９０の領域の大きさである。
【００８４】
式（４）は、１次元におけるサンプル９０の大きさφ４を示している。制御部６０は、式（４）を２次元に適用することにより、２次元におけるサンプル９０の大きさを算出する。照明２０が平行光を発生する場合、式（４）における照明２０の径φ１は、マイクロレンズ４０の径φ２と等しい。
【００８５】
式（１）から（４）によって算出される大きさと中心位置とは、サンプル９０に影響されない。
【００８６】
制御部６０は、像の中心位置Ｃ３と像の大きさφ３とを算出することにより、像が投影される撮像素子５０の領域を算出することができる。制御部６０は、サンプル９０の中心位置Ｃ４とサンプル９０の大きさφ４とを算出することにより、撮像素子５０に投影される像に対応するサンプル９０の領域を算出することができる。つまり、制御部６０は、サンプル９０の領域と、像が投影される撮像素子５０の領域との位置関係を判別することができる。制御部６０は、この位置関係に基づいて、撮像素子５０の所定の領域の画素から出力された画像信号に対応するサンプル９０の領域を判断する。
【００８７】
制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに対して、式（１）から（４）による計算を行う。制御部６０は、計算結果に基づいて、２つの隣接するマイクロレンズ４０によって投影される２つの像が撮像素子５０において重なるか否かを判断する。２つの像が重なる場合、制御部６０は、２つの像が重なる部分に対応するサンプル９０の領域を判断する。制御部６０は、２つの像が重なる部分の画像信号からサンプル９０の情報を取得することができず、かつ２つの像が重ならない部分の画像信号からサンプル９０の情報を取得することができる。制御部６０は、２つの隣接するマイクロレンズ４０のそれぞれに対して上記の処理を繰り返すことにより、情報を取得することができるサンプル９０の領域と、情報を取得することができないサンプル９０の領域とを判断する。
【００８８】
中心位置Ｃ１と中心位置Ｃ２との少なくとも１つが変更され、かつ上記の処理が行われる。中心位置Ｃ１は、照明２０からの光の照射位置に対応する。中心位置Ｃ２は、複数のマイクロレンズ４０の位置に対応する。制御部６０は、第１の状態における照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を算出する。制御部６０は、第２の状態における照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を算出する。制御部６０は、算出された位置に基づいて、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を制御する。つまり、制御部６０は、照明２０からの光の照射位置が、第１の状態と第２の状態とのそれぞれに対して算出された位置となるように照明２０を移動させる。あるいは、制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０の位置が、第１の状態と第２の状態とのそれぞれに対して算出された位置となるように複数のマイクロレンズ４０を移動させる。
【００８９】
制御部６０は、第１の状態と第２の状態とを含む複数の状態における照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を算出する。制御部６０は、それぞれの状態に対して算出された位置に基づいて、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を制御する。
【００９０】
第１の状態と第２の状態とを含む複数の状態において、距離Ｌ１と、距離Ｌ２と、距離Ｌ３と、距離Ｌ４との少なくとも１つが変更されてもよい。
【００９１】
第１の状態と第２の状態とを含む複数の状態において画像信号が取得される。サンプル９０の所定の領域の画像信号が取得されるように、上記の処理が繰り返される。サンプル９０の所定の領域は、サンプル９０の全体の領域またはサンプル９０において観察対象である一部の領域である。上記のように、制御部６０は、サンプル９０の領域と、像が投影される撮像素子５０の領域との位置関係に基づいて、生成された画像信号に対応するサンプル９０の領域を判断する。
【００９２】
制御部６０は、サンプル９０のそれぞれの領域が、複数のマイクロレンズ４０の少なくとも１つによって形成された像に含まれるように、照明２０または複数のマイクロレンズ４０を移動させる。２つの隣接するマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される２つの像が重なる場合、制御部６０は、２つの像が重なる領域が像の中央部に含まれるように照明２０または複数のマイクロレンズ４０を移動させる。
【００９３】
制御部６０は、画像信号の合成の際、撮像素子５０の撮像面の全体に対応する画像信号から、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する画像信号を生成する。２つの隣接するマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される２つの像の間に隙間がある場合、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応する画像信号が生成されることにより、隙間の影響は低減される。２つの隣接するマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される２つの像が重なる場合、制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像のうち２つの像が重なる領域以外の領域に対応する画像信号を生成する。例えば、制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像の中央部の領域に対応する画像信号を生成する。
【００９４】
上記の処理により、制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像に対応し、かつサンプル９０のそれぞれの領域に対応する画像信号を生成する。制御部６０は、サンプル９０のそれぞれの領域に対応する画像信号を合成することにより、サンプル９０の所定の領域の画像信号を取得する。
【００９５】
マイクロレンズ４０によって形成される像の周辺部では、収差の影響により、品質が悪い。マイクロレンズ４０によって形成される像の中心部では、良好な像が得られる。このため、像の重なりによらず、制御部６０は、撮像素子５０の撮像面の全体に対応する画像信号から、複数のマイクロレンズ４０のそれぞれによって形成された像の中央部の領域に対応する画像信号を生成してもよい。制御部６０は、マイクロレンズ４０の径φ２として実際の径よりも小さい径を式（１）と式（４）とに適用してもよい。これによって、制御部６０は、良好な画像を取得することができる撮像素子５０の領域と、その領域に対応するサンプル９０の領域とを算出することができる。
【００９６】
図１２を参照して、画像信号の取得方法を説明する。以下では、複数のマイクロレンズ４０が移動する場合の例を説明する。図１２は、マイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像に対応するサンプル９０の領域を示している。図１２では、サンプル９０の一部のみが示されている。
【００９７】
複数のマイクロレンズ４０の配列方向にＸ軸Ａｘ１とＹ軸Ａｙ１とが設定される。Ｘ軸Ａｘ１とＹ軸Ａｙ１とは互いに垂直に設定されなくてもよい。領域Ｓａ１と領域Ｓｂ１と領域Ｓｃ１と領域Ｓｄ１とは、最初に画像信号が取得されるときのサンプル９０の初期領域である。領域Ｓａ１は、マイクロレンズＡによって撮像素子５０に投影される像に対応するサンプル９０の領域である。マイクロレンズＡは、複数のマイクロレンズ４０のいずれか１つである。領域Ｓｂ１は、マイクロレンズＢによって撮像素子５０に投影される像に対応するサンプル９０の領域である。マイクロレンズＢは、Ｘ軸Ａｘ１の方向にマイクロレンズＡに隣接するマイクロレンズ４０である。領域Ｓｃ１は、マイクロレンズＣによって撮像素子５０に投影される像に対応するサンプル９０の領域である。マイクロレンズＣは、Ｙ軸Ａｙ１の方向にマイクロレンズＡに隣接するマイクロレンズ４０である。領域Ｓｄ１は、マイクロレンズＤによって撮像素子５０に投影される像に対応するサンプル９０の領域である。マイクロレンズＤは、Ｘ軸Ａｘ１の方向にマイクロレンズＣに隣接するマイクロレンズ４０である。
【００９８】
マイクロレンズＡによって撮像素子５０に投影される像に基づく画像信号の取得方法を主に説明する。以下の説明は、マイクロレンズＢとマイクロレンズＣとマイクロレンズＤとを含む他のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像に基づく画像信号の取得方法に適用できる。説明の便宜のため、サンプル９０の領域が複数段に分割される。
【００９９】
サンプル９０の１段目の領域の画像信号の取得のため、複数のマイクロレンズ４０が初期位置に配置される。領域Ｓａ１と領域Ｓｂ１と領域Ｓｃ１と領域Ｓｄ１とを含む複数の領域の像に対応する画像信号が取得される。その後、制御部６０は、Ｘ軸Ａｘ１と平行な方向に複数のマイクロレンズ４０を移動させる。この間、画像信号の取得が１回以上行われる。マイクロレンズＡによって集光される光が透過するサンプル９０の領域が領域Ｓｂ１と重なったとき、画像信号の取得が停止される。これによって、サンプル９０の１段目の領域の画像信号の取得が終了する。
【０１００】
サンプル９０の２段目の領域の画像信号の取得のため、複数のマイクロレンズ４０が初期位置と異なる位置に配置される。これによって、サンプル９０の領域Ｓａ２を透過する光がマイクロレンズＡに入射し、かつサンプル９０の領域Ｓｂ２を透過する光がマイクロレンズＢに入射する。領域Ｓａ２は、領域Ｓａ１からＹ軸Ａｙ１と平行に領域Ｓｃ１の方向に１領域の径とほぼ同じ距離だけ離れた領域である。領域Ｓｂ２は、領域Ｓｂ１からＹ軸Ａｙ１と平行に領域Ｓｄ１の方向に１領域の径とほぼ同じ距離だけ離れた領域である。
【０１０１】
領域Ｓａ１と領域Ｓｂ１と領域Ｓｃ１と領域Ｓｄ１とを含む複数の領域の像に対応する画像信号が取得される。その後、制御部６０は、Ｘ軸Ａｘ１と平行な方向に複数のマイクロレンズ４０を移動させる。この間、画像信号の取得が１回以上行われる。マイクロレンズＡによって集光される光が透過するサンプル９０の領域が領域Ｓｂ２と重なったとき、画像信号の取得が停止される。これによって、サンプル９０の２段目の領域の画像信号の取得が終了する。
【０１０２】
上記の方法と同様の方法により、サンプル９０の３段目等の領域の画像信号が取得される。マイクロレンズＡによって集光される光が透過するサンプル９０の領域が領域Ｓｃ１と重なったとき、全ての必要な画像信号の取得が終了する。図１２に示す例では、サンプル９０の２段目の領域の画像信号の取得が終了することにより、全ての必要な画像信号の取得が終了する。
【０１０３】
例えば、複数のマイクロレンズ４０の移動と同時に画像信号が取得される。あるいは、複数のマイクロレンズ４０が所定距離だけ移動した後、複数のマイクロレンズ４０が静止した状態で画像信号が取得されてもよい。
【０１０４】
上記の方法に従うことにより、撮像装置１０は、サンプル９０の像に基づく画像信号を効率的に取得することができる。
【０１０５】
制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０の初期位置を把握している。制御部６０は、マイクロレンズＡの位置がマイクロレンズＢの初期位置であるか否かを判断することにより、サンプル９０のそれぞれの段の領域の画像信号の取得が終了するタイミングを判断することができる。
【０１０６】
制御部６０は、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影された像に対応する画像信号に基づいて、サンプル９０のそれぞれの段の領域の画像信号の取得が終了するタイミングを判断してもよい。例えば、制御部６０は、画像信号における像の不連続性または輝度に基づいて、マイクロレンズＡによって撮像素子５０に投影された像が、初期位置のマイクロレンズＢによって撮像素子５０に投影された像と同一であるか否かを判断する。２つの像が同一である場合、サンプル９０のそれぞれの段の領域の画像信号の取得が終了する。
【０１０７】
マイクロレンズ４０の倍率が１倍以下である場合、マイクロレンズ４０によって像が投影される撮像素子５０の領域が、その像に対応するサンプル９０の領域よりも小さい。マイクロレンズ４０の倍率が１倍以下である場合、複数のマイクロレンズ４０によって形成される複数の像のそれぞれが重ならない。したがって、マイクロレンズ４０の倍率が１倍以下であり、かつ複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影された像に基づく画像信号が撮像素子５０の撮像面の全体で取得された場合、サンプル９０の全ての領域に対応する画像信号が取得される。
【０１０８】
マイクロレンズ４０の倍率が１倍以下である場合、第１の状態と第２の状態とを含む複数の状態で画像信号が取得される。それぞれの状態で画像信号が取得された撮像素子５０の撮像面の領域の集合が撮像素子５０の撮像面の全体と一致する場合、サンプル９０の全ての領域に対応する画像信号の取得が終了する。制御部６０は、式（１）と式（２）とのみに基づいて、撮像素子５０の撮像面の全ての領域に像が投影されるように、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を算出する。つまり、制御部６０は、式（１）と式（２）とのみに基づいて、照明２０の径φ１と照明２０の中心位置Ｃ１とを算出する。あるいは、制御部６０は、式（１）と式（２）とのみに基づいて、マイクロレンズ４０の径φ２とマイクロレンズ４０の中心位置Ｃ２とを算出する。マイクロレンズ４０の倍率が１倍以下である場合、式（３）と式（４）とに基づく計算は不要である。
【０１０９】
制御部６０は、式（１）から（４）を使用せずに、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を制御してもよい。つまり、制御部６０は、画像信号に基づいて、サンプル９０における撮像領域を判断してもよい。制御部６０は、第１の撮像領域と第２の撮像領域とが異なるように、照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との少なくとも一方を制御してもよい。第１の撮像領域は、第１の状態において複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに入射する光が透過したサンプル９０における撮像領域である。第２の撮像領域は、第２の状態において複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに入射する光が透過したサンプル９０における撮像領域である。
【０１１０】
例えば、制御部６０は、画像信号における像の不連続性または輝度に基づいて、複数の像において同一の領域を判断する。同時に取得された複数の像において重なる領域がある場合、制御部６０は、それぞれの像に対応する画像信号から、２つの像が重なる領域以外の領域に対応する画像信号を生成する。制御部６０は、サンプル９０のそれぞれの領域が、複数のマイクロレンズ４０の少なくとも１つによって形成された像に含まれるように、照明２０と複数のマイクロレンズ４０との少なくとも一方を移動させる。
【０１１１】
本発明の各態様の撮像装置は、照明駆動部７０とレンズ駆動部８０との少なくとも一方に対応する構成を有していなくてもよい。本発明の各態様の撮像装置は、第１の状態と第２の状態とのそれぞれに対応する画像信号を取得できればよい。撮像装置の外部の装置が、第１の状態で生成された第１の画像信号と、第２の状態で生成された第２の画像信号とを合成してもよい。したがって、本発明の各態様の撮像装置は、第１の画像信号と第２の画像信号との合成を行わなくてもよい。
【０１１２】
本発明の実施形態では、第１の状態で複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに入射する光の第１の角度と、第２の状態で複数のマイクロレンズ４０のそれぞれに入射する光の第２の角度とが異なる。これによって、撮像装置１０は、サンプル９０の任意の領域が、複数のマイクロレンズ４０の少なくとも１つによって形成された像に含まれるようにサンプル９０の撮像領域を設定することができる。したがって、撮像装置１０は、サンプル９０の良好な画像信号を得ることができる。
【０１１３】
照明２０が平行光を発生する場合、照明２０とマイクロレンズ４０との距離の調整が簡略化される。
【０１１４】
マイクロレンズ４０が移動し、照明２０が固定される場合、故障のリスクが低減する。
【０１１５】
制御部６０が照明２０からの光の照射位置と複数のマイクロレンズ４０の位置との両方を制御する場合、照明２０とマイクロレンズ４０との移動時間と移動距離とが削減される。
【０１１６】
（第１の変形例）
本発明の実施形態の第１の変形例を説明する。図１３は、第１の変形例の撮像装置１１の構成を示している。図１３に示すように、撮像装置１１は、照明２１と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０と、制御部６０とを有する。さらに、撮像装置１１は、照明駆動部７０とレンズ駆動部８０とを有する。図１３では、照明２１と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２１が配置される第１の面１０１に垂直である。
【０１１７】
図１３に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。撮像装置１１において、撮像装置１０における照明２０が照明２１に変更される。照明２１は、光源２１０と絞り２１１とを有する。
【０１１８】
光源２１０は、光を発生する。光源２１０は、固定されていてもよい。絞り２１１は、光源２１０とサンプル９０との間に配置され、かつ開口部２１２を有する。絞り２１１は、第１の面１０１に配置され、かつ第１の面１０１に開口部２１２を有する。光源２１０からの光は、開口部２１２を通過する。開口部２１２を通過した光は、サンプル９０に照射される。制御部６０は、第１の状態と第２の状態とで開口部２１２の位置が異なるように絞り２１１の位置を制御する。第１の状態と第２の状態とでは、第１の面１０１に平行な方向における開口部２１２の位置が異なる。制御部６０は、第１の面１０１に平行な方向における絞り２１１の位置を制御する。
【０１１９】
上記の点以外の点については、図１３に示す構成は、図１に示す構成と同様である。
【０１２０】
図１４と図１５とは、第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置１１の状態を示している。図１４は第１の状態の例であり、かつ図１５は第２の状態の例である。図１４と図１５とでは、照明２１と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２１が配置される第１の面１０１に垂直である。図１４と図１５とでは、第１の面１０１に平行な方向に絞り２１１が移動する例が示されている。
【０１２１】
図１４に示すように、第１の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第１の角度は、θ５である。図１５では、絞り２１１が右側に移動した後の状態が示されている。絞り２１１が移動することによって、絞り２１１の開口部２１２が移動する。このため、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化する。図１５に示すように、第２の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第２の角度は、θ６である。第１の角度θ５と第２の角度θ６とは互いに異なる。マイクロレンズ４０に入射する光の角度は、第１の面１０１における開口部２１２の中心（重心）とマイクロレンズ４０の中心（主点）とを通る直線が第３の面１０３と交わる角度である。
【０１２２】
図１４と図１５とでは、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ４０に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。
【０１２３】
撮像装置１１において、開口部２１２は、絞り２１１の中央部に配置されている。しかし、開口部２１２が配置される位置は、絞り２１１の中央部に限らない。
【０１２４】
上記のように、絞り２１１が移動することによって、複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。光源２１０が移動する必要はない。電気配線が施された光源２１０が固定されることにより、故障のリスクが低減する。
【０１２５】
（第２の変形例）
本発明の実施形態の第２の変形例を説明する。図１６は、第２の変形例の撮像装置１２の構成を示している。図１６に示すように、撮像装置１２は、照明２２と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０と、制御部６０とを有する。さらに、撮像装置１２は、レンズ駆動部８０を有する。図１６では、照明２２と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２２が配置される第１の面１０１に垂直である。
【０１２６】
図１６に示す構成について、図１に示す構成と異なる点を説明する。撮像装置１２において、撮像装置１０における照明２０が照明２２に変更される。照明２２は、光源２２０と複数の液晶素子２２１とを有する。図示の都合のため、複数の液晶素子２２１は、複数の素子の集合体として示されている。
【０１２７】
光源２２０は、光を発生する。複数の液晶素子２２１は、光源２２０とサンプル９０との間に２次元に配置され、かつ光を透過する透過状態と光を遮断する遮断状態とになる。複数の液晶素子２２１は、第１の面１０１に２次元に配置される。光源２２０と複数の液晶素子２２１とは、固定されていてもよい。光源２２０からの光は、領域２２２の液晶素子２２１を通過する。領域２２２の液晶素子２２１は透過状態である。複数の液晶素子２２１が配置された領域において、領域２２２以外の領域の液晶素子２２１は遮断状態である。透過状態である液晶素子２２１を通過した光は、サンプル９０に照射される。制御部６０は、第１の状態では、第１の領域に配置された液晶素子２２１が透過状態になり、かつ第１の領域と異なる第２の領域に配置された液晶素子２２１が遮断状態になるように複数の液晶素子２２１を制御する。制御部６０は、第２の状態では、第１の領域と異なる第３の領域に配置された液晶素子２２１が透過状態になり、かつ第３の領域と異なる第４の領域に配置された液晶素子２２１が遮断状態になるように複数の液晶素子２２１を制御する。
【０１２８】
上記の点以外の点については、図１６に示す構成は、図１に示す構成と同様である。
【０１２９】
図１７と図１８とは、第１の状態と第２の状態とにおける撮像装置１２の状態を示している。図１７は第１の状態の例であり、かつ図１８は第２の状態の例である。図１７と図１８とでは、照明２２と、ステージ３０と、複数のマイクロレンズ４０と、撮像素子５０との断面が示されている。この断面は、照明２２が配置される第１の面１０１に垂直である。図１７と図１８とでは、第１の面１０１に平行な方向に領域２２２が移動する例が示されている。
【０１３０】
図１７に示すように、第１の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第１の角度は、θ７である。図１７では、複数の液晶素子２２１が配置された領域において、領域２２２が第１の領域であり、領域２２２以外の領域が第２の領域である。図１８では、領域２２２が右側に移動した後の状態が示されている。透過状態である液晶素子２２１が配置された領域２２２が移動することによって、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化する。図１８では、複数の液晶素子２２１が配置された領域において、領域２２２が第３の領域であり、領域２２２以外の領域が第４の領域である。図１８に示すように、第２の状態では、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の第２の角度は、θ８である。第１の角度θ７と第２の角度θ８とは互いに異なる。マイクロレンズ４０に入射する光の角度は、第１の面１０１において透過状態である液晶素子２２１が配置された領域の中心（重心）とマイクロレンズ４０の中心（主点）とを通る直線が第３の面１０３と交わる角度である。
【０１３１】
図１７と図１８とでは、中央のマイクロレンズ４０に入射する光の角度の変化が示されている。同様に、他のマイクロレンズ４０に入射する光の角度も変化する。複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化することにより、複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。
【０１３２】
上記のように、透過状態である液晶素子２２１が配置された領域２２２が移動することによって、複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。光源２２０が移動する必要はない。電気配線が施された光源２２０が固定されることにより、故障のリスクが低減する。液晶素子２２１の透過状態と遮断状態とが切り替わるため、複数の液晶素子２２１が移動する必要がない。このため、故障のリスクがより低減する。
【０１３３】
（第３の変形例）
本発明の実施形態の第３の変形例を説明する。図１に示す撮像装置１０を使用して第３の変形例を説明する。照明２０は、光を発生する複数のＬＥＤを有してもよい。
【０１３４】
複数のＬＥＤは、光源とサンプル９０との間に２次元に配置され、かつ発光状態と消灯状態とになる。複数のＬＥＤは、第１の面１０１に２次元に配置される。発光状態であるＬＥＤからの光は、サンプル９０に照射される。制御部６０は、第１の状態では、第５の領域に配置されたＬＥＤが発光状態になり、かつ第５の領域と異なる第６の領域に配置されたＬＥＤが消灯状態になるように複数のＬＥＤを制御する。制御部６０は、第２の状態では、第５の領域と異なる第７の領域に配置されたＬＥＤが発光状態になり、かつ第７の領域と異なる第８の領域に配置されたＬＥＤが消灯状態になるように複数のＬＥＤを制御する。
【０１３５】
発光状態であるＬＥＤが配置された領域が移動することによって、複数のマイクロレンズ４０に入射する光の角度が変化し、かつ複数のマイクロレンズ４０によって撮像素子５０に投影される像におけるサンプル９０の領域が変化する。複数のＬＥＤが移動する必要はない。このため、故障のリスクが低減する。
【０１３６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態およびその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付のクレームの範囲によってのみ限定される。
【産業上の利用可能性】
【０１３７】
本発明の各実施形態によれば、撮像装置は、サンプルの良好な画像信号を得ることができる。
【符号の説明】
【０１３８】
１０，１１，１２  撮像装置
２０，２１，２２，１０２０  照明
３０  ステージ
４０，１０４０  マイクロレンズ
５０，１０５０  撮像素子
６０  制御部
７０  照明駆動部
８０  レンズ駆動部
２１０，２２０  光源
２１１  絞り
２１２  開口部
２２１  液晶素子
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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