(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の撮像素子により被撮像物を撮像する撮像方法であって、
前記被撮像物の面形状を複数の領域に分割するステップと、
前記複数の領域の夫々の面形状を平面で近似し、該平面の傾き量を求めるステップと、
前記複数の領域の中で前記平面の傾き量が許容範囲にある領域からなるｍ個のグループを作成するグループ分けステップと、
前記ｍ個のグループの中のグループｋ（ｋは１〜ｍの中から選択される整数）に属する全ての前記平面の傾き量が焦点深度内になるように、前記被撮像物を保持するステージを傾ける傾斜ステップと、
前記複数の撮像素子のうち前記グループｋに属する領域に対応する撮像素子に前記被撮像物を撮像させる撮像ステップと、
前記ｋが１からｍの全ての値をとるように前記傾斜ステップ及び前記撮像ステップを繰り返すステップと、
を有することを特徴とする撮像方法。
【請求項２】
前記複数の領域の夫々は、前記被撮像物を前記複数の撮像素子の撮像面に結像する撮像光学系の倍率で換算した前記複数の撮像素子の夫々の大きさに対応することを特徴とする請求項１に記載の撮像方法。
【請求項３】
前記被撮像物を前記複数の撮像素子の撮像面に結像する撮像光学系の光軸に直交する方向を第１の方向及び第２の方向として、前記平面の傾き量を前記第１の方向の傾き及び前記第２の方向の傾きの座標で表した場合、前記グループ分けステップは、前記平面の傾き量の許容範囲である円の内部にある点を１つのグループとすることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像方法。
【請求項４】
前記円の半径は、許容フォーカス誤差と前記撮像素子の大きさとによって定まることを特徴とする請求項３記載の撮像方法。
【請求項５】
前記グループｋに属する前記領域に対応する前記撮像素子を、前記被撮像物を前記撮像素子の撮像面に結像する撮像光学系の光軸方向のフォーカスオフセット量だけ移動するステップを更に有することを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の撮像方法。
【請求項６】
前記フォーカスオフセット量は、前記グループｋに属する前記平面に基づいて決まる量であることを特徴とする請求項５に記載の撮像方法。
【請求項７】
前記傾斜ステップは、前記グループｋに属する前記領域に対応する前記撮像素子を更に傾けることを特徴とする請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の撮像方法。
【請求項８】
前記被撮像物の面形状を計測装置によって取得するステップを更に有することを特徴とする請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の撮像方法。
【請求項９】
前記傾斜ステップが傾ける傾き量はグループｋに属する全ての前記平面の傾き量の平均値または重み付け平均値によって決定されることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の撮像方法。
【請求項１０】
コンピュータに、
被撮像物の面形状を複数の領域に分割するステップと、
前記複数の領域の夫々の面形状を平面で近似し、該平面の傾き量を求めるステップと、
前記複数の領域の中で前記平面の傾き量が許容範囲にある領域からなるｍ個のグループを作成するステップと、
前記ｍ個のグループの中のグループｋ（ｋは１〜ｍの中から選択される整数）に属する全ての前記平面の傾き量が焦点深度内になるように、前記被撮像物を保持するステージを傾けるステップと、
前記複数の撮像素子のうち前記グループｋに属する領域に対応する撮像素子に前記被撮像物を撮像させるステップと、
前記ｋが１からｍの全ての値をとるように前記傾斜ステップ及び前記撮像ステップを繰り返すステップと、を実行させるためのプログラム。
【請求項１１】
被撮像物を保持するステージと、
前記被撮像物を撮像する複数の撮像素子と、
前記ステージの駆動と各撮像素子の撮像を制御する制御部と、
を有し、
前記制御部は、
前記被撮像物の面形状を複数の領域に分割し、前記複数の領域の夫々の面形状を平面で近似し、該平面の傾き量を求め、前記複数の領域の中で前記平面の傾き量が許容範囲にある領域からなるｍ個のグループを作成し、前記ｍ個のグループの中のグループｋ（ｋは１〜ｍの中から選択される整数）に属する全ての前記平面の傾き量が焦点深度内になるように前記ステージを傾け、前記複数の撮像素子のうち前記グループｋに属する領域に対応する撮像素子に前記被撮像物を撮像させ、前記ｋが１からｍの全ての値をとるように前記ステージの傾斜と前記撮像素子による撮像とを繰り返すことを特徴とする撮像装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記ｍ個のグループの中のグループｋ（ｋは１〜ｍの中から選択される整数）に属する全ての前記平面の傾き量が焦点深度内になるように前記ステージと前記グループｋに対応する前記撮像素子を更に傾けることを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記被撮像物の面形状を計測する計測装置を有することを特徴とする請求項１１または１２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、標本の顕微鏡画像を撮像する撮像方法、プログラム、および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
標本の顕微鏡画像を撮像する顕微鏡システムでは、広い視野に対して高解像度化を進めると焦点深度が浅くなるために合焦させることが難しくなる。この結果、標本やスライドガラスの厚さムラ、表面形状の凹凸、光学系に生じる熱の影響によって標本の表面（又はそれに沿った面）全域に合焦させることが困難になる。特許文献１は、焦点深度よりも大きな凹凸をもつ標本を結像面の視野全域に合焦させるために、撮像素子を光軸方向に移動または光軸方向に対して傾斜させる方法を提案している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−０９８３５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、撮像素子の周辺は電気回路などがあり、空間が狭くなっている。そのため、複数の撮像素子を並列に配置した場合に、それぞれを光軸方向に並進駆動する機構を設けると、傾き駆動機構を設けることが困難になる。あるいは傾き駆動機構を設けたとしても傾き駆動機構が小さくなり、撮像素子を大きく傾けることができなくなる。
【０００５】
本発明は、広域な標本の全面に高解像で合焦させることが可能な撮像方法および撮像装置を提供することを例示的な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の撮像方法は、複数の撮像素子により被撮像物を撮像する撮像方法であって、前記被撮像物の面形状を複数の領域に分割するステップと、前記複数の領域の夫々の面形状を平面で近似し、該平面の傾き量を求めるステップと、前記複数の領域の中で前記平面の傾き量が許容範囲にある領域からなるｍ個のグループを作成するグループ分けステップと、前記ｍ個のグループの中のグループｋ（ｋは１〜ｍの中から選択される整数）に属する全ての前記平面の傾き量が焦点深度内になるように、前記被撮像物を保持するステージを傾ける傾斜ステップと、前記複数の撮像素子のうち前記グループｋに属する領域に対応する撮像素子に前記被撮像物を撮像させる撮像ステップと、前記ｋが１からｍの全ての値をとるように前記傾斜ステップ及び前記撮像ステップを繰り返すステップと、を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、広域な標本の全面に高解像で合焦させることが可能な撮像方法および撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の顕微鏡システムのブロック図である。（実施例１、２）
【図２】図１に示す撮像素子の配置およびその駆動方法の概略図である。（実施例１、２）
【図３Ａ】図１に示す制御部が行う撮像方法を説明するためのフローチャートである。（実施例１、２）
【図３Ｂ】図３Ａに示すＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７の一例を説明するためのフローチャートである。（実施例１）
【図３Ｃ】図３Ａに示すＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７の別の例を説明するためのフローチャートである。（実施例２）
【図４】うねりのある標本の図である。（実施例１）
【図５】視野分割と平面近似を示す図である。（実施例１）
【図６】平面の傾きの角度分布の一例を示す図である。（実施例１）
【図７】平面の傾きの角度分布のグループ化の手順を示す図である。（実施例１）
【図８】本発明の撮像素子の傾き駆動前後の傾きの角度分布を示す図である。（実施例２）
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図１は、本実施形態の顕微鏡システムのブロック図である。顕微鏡システムは、人体の組織片等からなる標本の形状またはスライドガラスの厚さなどを計測する計測システム（計測装置）１００と、標本を撮像する撮像システム（撮像装置）３００と、を有する。また、制御部４００が、計測システム１００と撮像システム３００の両方に接続されている。制御部４００は、計測システム１００と撮像システム３００のどちらかに搭載されていてもよいし、ネットワークなどで両者に接続されて両者とは別体で設けられていてもよい。
【００１０】
計測システム１００は、計測用照明部１０１、計測用ステージ１０２、計測用光学系１０４、計測部１０５を有する。
【００１１】
計測用照明部１０１は、計測用ステージ１０２に搭載されている標本（試料、被撮像物）１０３に光源からの光で照明する照明光学系を有する。計測用ステージ１０２は標本１０３を保持し、計測光学系１０４に対する標本１０３の位置を調整する。このため、計測用ステージ１０２は３軸方向に移動可能に構成されている。図１では、計測用照明部１０１（または計測用光学系１０４）の光軸方向をＺ方向に設定し、これに直交する２方向をＸ方向とＹ方向に設定している。
【００１２】
標本１０３は、観察したい組織片などがスライドガラス上にあり、これを保護するための透明な保護部材（カバーガラス）によって挟まれて構成されている。計測部１０５は、計測用照明部１０１から発せられ標本１０３を計測用光学系１０４により透過または反射した光を受光することにより、標本の大きさを計測し、標本１０３または透明な保護部材の表面の形状を計測する。
【００１３】
計測用光学系１０４は低解像度でよいが広域に組織片全体を撮像する撮像光学系を用いてもよい。標本に含まれる観察対象物の大きさは標本像の輝度分布などより二値化や輪郭検出などの一般的な手法によって算出することができる。また表面形状の計測の手段としては、反射光を測定してもよいし、干渉計を用いてもよい。例えば、特開平６−０１１３４１号公報に開示された三角測量法を応用した光学式距離測定方法や特開２００５−９８８３３号公報に開示がされた共焦点光学系を用いてガラス境界面で反射するレーザー光の距離の差を測定する方法がある。また、計測用光学系１０４はレーザー干渉計などによりカバーガラスの厚さを計測する機能を有する。計測部１０５はその計測したデータを制御部４００へ伝送する。
【００１４】
標本の大きさや形状などの物理量を計測した後で、不図示の標本搬送部を用いて、計測用ステージ１０２上に設置されている標本１０３を撮像用ステージ３０２に移動する。例えば、計測用ステージ１０２自体が移動して撮像用ステージ３０２として機能してもよいし、不図示の標本搬送部が標本１０３を把持して撮像用ステージ３０２上に移動してもよい。撮像用ステージ３０２は光軸方向（Ｚ方向）に直交する２方向（Ｘ方向とＹ方向）に移動可能に構成されていると共に、これらの各軸方向の回りに傾くことができる。
【００１５】
撮像システム３００は、撮像用照明部３０１、撮像用ステージ３０２、撮像光学系３０４、撮像部３０５を有する。
【００１６】
撮像用照明部３０１は、撮像用ステージ３０２に搭載されている標本３０３に光源からの光で照明する照明光学系２０２を有する。撮像用照明部３０１は、光源２０１と、照明光学系２０２を有する。光源には、例えばハロゲンランプやキセノンランプ、ＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）を用いることができる。撮像光学系３０４は、面Ａで照明された標本の像を、広画角かつ高い解像度で撮像素子３０６の撮像面Ｂに結像する光学系である。
【００１７】
撮像用ステージ３０２は、標本３０３を保持し、位置を調整する。標本３０３は、標本１０３が不図示の標本搬送部を介して計測用ステージ１０２から撮像用ステージ３０２上に移動したものである。なお、計測用ステージ１０２上と撮像用ステージ３０２上に異なる標本が同時に設置されていてもよい。また、ステージ上、あるいはステージの内部の標本近くに温度センサ３０８を設置し、標本近傍の温度を計測してもよい。あるいはカバーガラスとスライドガラスの間のような標本内部に温度センサを設置してもよい。あるいは撮像光学系の内部に設置してもよい。または両方に、複数あってもよい。
【００１８】
撮像部３０５は、撮像光学系３０４を介して、標本３０３からの透過光または反射光が結像した光学像を受光する。撮像部３０５は、電気基板上に、例えば、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）などの撮像素子３０６を有する。
【００１９】
複数の撮像素子３０６が撮像光学系３０４の視野内に配置されている。撮像光学系３０４の結像面Ｂに撮像素子３０６の受光面が一致するようになっている。撮像素子３０６は、例えば、図２（Ａ）、（Ｂ）に示すように、視野を分割して配置されている。これらは撮像部を光軸方向から眺めた平面図である。撮像素子３０６の大きさは図の限りではなく、通常は撮像面内を隙間なく配置されている。図２（Ｃ）、（Ｄ）は、撮像部３０５を光軸と直交する方向から眺めた平面図である。図２（Ｃ）に示すように、各撮像素子３０６を撮像基準位置から所定の量だけ光軸方向に動かすことができる。更に、図２（Ｄ）に示すように撮像素子３０６を傾けたりすることができる。
【００２０】
図３Ａは、制御部４００が実行する撮像方法のフローチャートであり、「Ｓ」はステップ（工程）の略である。撮像方法は、制御部４００であるコンピュータを、各ステップが規定する手段として機能させるためのプログラムとして具現化可能である。
【００２１】
まず、計測用ステージ１０２に標本１０３を設置する（Ｓ１０１）。次に、計測用照明部１０１が計測用ステージ１０２上の標本１０３を照明し、計測光学系１０４からの反射または透過光を計測部１０５で受光することにより反射または透過光の強度値および深さ方向の座標値を計測する（Ｓ１０２）。その後、計測データは制御部４００に送信される（Ｓ１０３）。
【００２２】
次に、制御部４００は撮像光学系３０４の位置補正量を決定する（Ｓ１０４）。制御部４００は計測した標本３０３の面形状その他のデータから標本３０３と撮像光学系３０４の相対的な撮像位置を求める計算機能を含み、標本３０３の表面形状に最小二乗平面を近似し、最小二乗平面の中心位置とその焦点ずれ、および平面の傾きを計算する。
【００２３】
焦点ずれ量には、計測したカバーガラスの厚さと設定値からのずれや、スライドガラスの厚さムラも含まれる。あるいは、計測した温度データなどのフォーカスシフト要因のデータを制御部４００に送信し、制御部４００ではデータをもとに発生したフォーカスシフト量を計算によって求め、これらを追加してもよい。
【００２４】
制御部４００は、決定した補正位置に基づいて撮像用ステージ３０２のｘ、ｙ方向の傾き駆動量と、撮像素子３０６のｚ方向位置の駆動量を計算する。または撮像素子３０６を傾ける機構と併用し、撮像素子３０６がｘ、ｙ方向の傾き駆動の一部を負担してもよい。この場合、撮像素子３０６の駆動部３１０を駆動するためのｘ、ｙ方向の傾き駆動量と撮像用ステージ３０２のｘ、ｙ方向の傾き駆動量をそれぞれ計算する。
【００２５】
補正収差量を求めている間に、標本１０３は不図示の標本搬送部を介して計測用ステージ１０２から撮像用ステージ３０２へと搬送される（Ｓ１０５）。
【００２６】
その後、制御部４００から送られた信号に基づいて、撮像用ステージ３０２と撮像素子３０６の駆動部３１０を駆動する。撮像用ステージ３０２は標本をｘ、ｙ方向の位置を撮像位置にセットし、制御部から指示された補正量に基づき、ｘ、ｙ方向の傾きを調整する。同時に、撮像素子３０６のｚ方向位置を調整する（図２（Ｃ）参照）。撮像素子３０６の駆動部３１０がｘ、ｙ方向の傾き駆動を併用する場合、傾き位置も調整する。（図２（Ｄ）参照）（Ｓ１０６）。
【００２７】
次に、撮像用照明部３０１が撮像用ステージ３０２上に設置された標本３０３を照明し、撮像部３０５は撮像光学系３０４を介して標本の透過光または反射光を撮像する。その後、撮像部３０５は撮像素子３０６で受光した光学像を電気信号に変換し、不図示の画像処理部に画像データを伝送する。撮像データは撮像装置内部または外部の記憶部へ伝送され、記憶される（Ｓ１０７）。
【００２８】
なお、Ｓ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７については、実施例１、２で詳しく説明する。
【００２９】
観察対象物の全領域の撮像を完了していなければ（Ｓ１０８のＮＯ）、標本３０３と撮像ステージ３０２のｘ、ｙ方向の相対位置を変えずに、撮像用ステージ３０２の傾きを変えてＳ１０６、Ｓ１０７を繰り返し、所定の撮像位置で撮像データを取得する。
【００３０】
次に、撮像素子３０６の隙間を埋めるように撮像位置をずらして、前記の一連の処理をおこなって撮像を行う。また、計測部から伝送された標本全体の大きさの情報に基づき、標本全体の画像が得られるように、同一の標本に対して撮像視野を変えて撮像する。観察対象物の全ての領域の撮像が終わったら（Ｓ１０８のＹＥＳ）、画像処理により全部の撮像データを合成し（Ｓ１０９）、広領域の標本全体の画像データを得て、それを撮像装置内部または外部のストレージ（不図示）に記憶する（Ｓ１１０）。複数回撮像後、画像処理部により、伝送された複数の画像データは合成処理が行われる。また、ガンマ補正、ノイズ除去、圧縮等の画像処理を行う。
【実施例１】
【００３１】
図３Ｂは、実施例１による、図３Ａに示すＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７の一例を説明するためのフローチャートである。
【００３２】
視野の大きい光学系で一括して撮像するために、図２に示す撮像素子３０６は、撮像面上に視野を分割して配置されている。これにより、撮像素子３０６を個別に光軸方向に動かして焦点位置を標本の結像位置に合わせることができるが、標本の凹凸が大きい場合や撮像素子３０６が大きい場合、撮像素子３０６の中心に焦点位置を合わせても、その周辺ではぼけてしまうことがある。撮像素子３０６を傾ければ撮像素子３０６全体に焦点をあわせることができるが、撮像素子３０６の傾きを補正するためには標本上の傾きの倍率だけ大きく傾けなければならない。なぜなら、像面上では光軸と直交する方向には倍率をかけた長さとなるが、光軸と平行する方向には倍率を２乗した長さとなるため、傾きは（倍率）２／（倍率）＝（倍率）倍されるからである。例えば、像面上での大きさは、倍率が１０倍の時、横倍率は１０倍、縦倍率は１００倍となり、傾きは１０倍となる。倍率が大きくなると撮像素子３０６を大きく傾けなければならなくなり、撮像素子３０６を傾ける機構は大型化する。
【００３３】
そこで、本実施例では、撮像素子３０６を傾ける代わりに標本側を傾ける。標本側は部分的に傾けることができないので、ある小領域ごとに傾きを変えて撮像を繰り返せばよいことになる。しかし、小領域ごとに撮像を繰り返すと撮像時間がかかり、広視野のメリットがなくなってしまう。ある標本の面形状マップを例に説明する。うねりの非常に大きな計測データを例にした。
【００３４】
図４は標本の面形状マップ、即ち標本面の凹凸の分布の一例を示している。横方向はｘ方向、縦方向はｙ方向とし、標本上における長さ（ｍｍ単位）で示している。光軸方向をｚ方向とし、図中のスケールバーはｚ方向の高さを標本上における長さ（ｍｍ単位）で示しており、標本面の凹凸は±６μｍ以上あることがわかる。このような標本１０３の、（ｘ、ｙ、ｚ）で示された面形状が計測システム１００から制御部４００に送信される（Ｓ２０１）。
【００３５】
次に、パラメータとして傾き幅許容範囲ｂを設定する。これは後述するＳ２０４で、標本上の面を分割し、それぞれの面ごとに平面を近似して平面の傾きを求めるが、この平面の傾きの大きさのばらつきの許容範囲である。傾き角を補正した場合の傾き角の補正誤差と同じ意味をもち、傾き角の許容範囲は許容フォーカス誤差内に収まるように決める。即ち、傾き幅許容範囲ｂは撮像素子３０６の大きさと許容フォーカス誤差によって決定される。傾き幅許容範囲ｂは、許容フォーカス誤差を撮像素子の大きさで割った値によって定まる。許容フォーカス誤差は光学系の焦点深度によって決まる。傾き幅許容範囲ｂはあらかじめ設定しておいてもよい。または、撮像素子３０６の大きさと許容フォーカス誤差、または撮像に用いる光の波長や光学系の開口数を入力し求めてもよい（Ｓ２０２）。
【００３６】
次に、試料３０３の視野内の面形状マップを複数の小領域に分割する（Ｓ２０３）。前述の傾き角は標本上のものなので、面形状マップのスケールも標本上で考える。そうすると、小領域の大きさは倍率換算された撮像素子３０６の大きさと等しいか、またはつなぎ合わせのための重なり分を除いたものとする。即ち、小領域の大きさは撮像素子３０６の大きさを倍率で割ったものとする。先ほどの面形状マップを小領域に分割すると図５（Ａ)のようになる。図５（Ａ）は図４で示された面形状マップに分割線を重ねて示し、図中の白い点は分割された中心位置を示している。この例では、光学系の視野は標本側で一辺が１０ｍｍの正方形である。倍率は１０倍、撮像素子３０６は１辺が１２．５ｍｍの正方形であるとする。標本上における撮像素子３０６の一辺の長さは倍率で換算され１．２５ｍｍとなり、視野は縦方向、横方向ともに８分割される。つまり、８×８＝６４（個）の小領域に分割される。
【００３７】
光学系の例として、波長５００ｎｍ、開口数（ＮＡ）＝０．７、焦点深度約１μｍを考える。許容フォーカス誤差を±５％とすると、小領域の１辺の長さは１．２５ｍｍであるから、許容傾き誤差はｔａｎ−１（０．０５／１．２５）＝１すなわち約±１ｍｒａｄとなり、ｂ＝１（ｍｒａｄ）となる。分割されたそれぞれの領域内部の標本点（ｘｊ、ｙｊ）に対する表面のｚ位置を面形状マップ（ｘｊ、ｙｊ、ｚｊ）とする。ここで、標本表面を平面として近似し、平面を面形状マップから最小二乗法により求める。平面は次式で与えられる。
【００３８】
ｚ＝Ｂ１ｘ+Ｂ２ｙ＋Ｂ３   （１）
この平面は分割された小領域ごとに求められ、小領域の番号をｉ（ｉ＝１〜ｎ）とすると、次式のようになる。
【００３９】
ｚ＝Ｂ１（ｉ）ｘ＋Ｂ２（ｉ）ｙ＋Ｂ３（ｉ）（ｉ＝１、…、ｎ）    （２）
係数Ｂ１（ｉ）、Ｂ２（ｉ）、Ｂ３（ｉ）は小領域ごとに求められ、ｉ＝６４（個）の小領域に対応してそれぞれ得られる。傾きが小さいので、Ｂ１、Ｂ２はそれぞれｘ方向（第１の方向）の傾き量、ｙ方向（第２の方向）の傾き量と近似できる。これによって、各領域の面形状を平面で近似し、平面の傾き量を求めることができる。Ｂ３はフォーカスオフセットである（Ｓ２０４）。ここで、グループ番号ｋをｋ＝０に設定し（Ｓ２０５）、グループ設定するたびにｋを1ずつ増やし、ｋ＋１とおく（Ｓ２０６）。
【００４０】
図５（Ｂ）は分割されたある一領域を取り出し、うねりのある標本の面に最小二乗法によって求めた平面を３次元的に示したものである。標本の面は濃い色で、平面は薄い色で示している。図６は求められた６４（個）の平面の傾きＢ１とＢ２の散布を示すグラフである。この図は、動径方向には傾きの大きさ、動径の回転方向には傾きの向きが示されている。図６の傾きの単位はｒａｄである。
【００４１】
次に、小領域に対応した全ての平面の傾きの大きさ（Ｂ１（ｉ）２＋Ｂ２（ｉ）２）１／２の最大値を求める（Ｓ２０７）。図６より標本の傾き最大値は４ｍｒａｄ程度あることが分かる。傾き散布において、この傾き最大値の点をＰ点とし、Ｐ点を含み傾き散布の数が最大となる半径ｂの円を求める。半径ｂはＳ２０２で設定された傾き幅許容範囲ｂと同様である（Ｓ２０８）。
【００４２】
この円の内部に入る点をグループ分けし、ｍ個のグループｋ（ｋ＝１、２、…、ｍ）とする（Ｓ２０９）。このグループ分けステップは、複数の領域の中で平面の傾き量が所定の範囲（許容範囲）にある領域からなるｍ個のグループを作成することである。
【００４３】
次に、グループ化された点を除き、グループ化されていないものを抽出する（Ｓ２１０）。そして、グループ化されていない点に対し、同様な処理を繰り返す。グループ化されていない点がなくなるまで、Ｓ２０６からＳ２１０の処理を繰り返してｍ個のグループを作成する（Ｓ２１１）。
【００４４】
全てのグループ分けを行った後、グループ分けで重複する部分に含まれる傾き散布の集合はどちらのグループに属してもよい。この例ではグループ番号の大きい方に含みなおすこととした。グループ番号が大きくなると傾きの大きさが小さくなり、通常、傾き散布の頻度が大きい。グループ番号の大きい方に含めなおすことによって、グループ番号の小さいグループに属する集合の個数を小さくなるようにした。
【００４５】
もちろん、グループ分けで重複する部分に含まれる傾き散布の集合はグループ番号の小さい番号のグループに属したままでもよい。どちらもフォーカス残差は殆ど同じである。なお、グループ化の方法は特にこの方法に限定せず、グループの数ｍがなるべく少なくなるように（好ましくは最小になるように）グループ分けを行う。傾き散布の頻度の大きい部分からグループ分けを行ってもよい。
【００４６】
ここまでの処理をさきほどの例で示すと図７（Ａ）〜（Ｃ）に示すようになる。図７（Ａ）は、傾き最大値の点をＰ点とし、Ｐ点を含む半径ｂの円を決め、円の内部の点をグループ１としてグループ化したものである。グループ化された点を黒丸で示し、グループ化されていない点を灰色の丸で示している。次のグループ化は図７（Ｂ）に示すようになる。図７（Ｂ）では、前にグループされて除かれた点を白丸で示し、新たにグループ２としてグループ化された点を黒丸で示し、グループ化されていない点を灰色の丸で示した。図７（Ｃ）は、全ての傾きがグループ化され、７グループに分類された様子を示している。黒丸は各グループに属する点である。円が重複する部分に含まれる点はどちらのグループに属してもよいが、重複する部分に含まれる点はグループ番号の大きい方に含むこととした。グループ化されていない点がなくなったら、次のステップに移る。
【００４７】
次のステップでは、各グループの傾きの平均値など各グループを代表する傾きＢ０１（ｋ）、Ｂ０２（ｋ）を求める。Ｂ０１、Ｂ０２はそれぞれｘ方向の傾き、ｙ方向の傾きを示す。グループ番号ｋと小領域の番号ｉは対応付けられている。それぞれの撮像素子３０６が撮像する領域の面を、グループを代表する傾きをもつ平面とした場合、数式１によって標本点（ｘｊ、ｙｊ）に対する面形状マップｚｊ’が近似される。実際の面形状マップｚｊと近似された面形状マップｚｊ’とで近似誤差が生じることになる。これがフォーカス誤差となる。各撮像素子３０６の面内のフォーカス誤差が小さくなるように代表する傾きを決める。例えば、６４個の撮像素子３０６の１つの面内に含まれる全ての標本点でのフォーカス誤差の最大値を最小化する傾き、あるいは偏差の２乗和を最小化する傾きを求める。そして、各グループ内に属する点の傾きＢ１（ｉ）、Ｂ２（ｉ）を代表する傾きＢ０１（ｋ）、Ｂ０２（ｋ）におきかえるので、フォーカスオフセットも数式１により変更される。
【００４８】
次に、グループ番号ｋをｋ＝０と設定し（Ｓ２１２）、ｋ＝１、２、…、ｍの傾き平均値とオフセットを求める。
グループｋについて、ｋをｋ＋１とし、順次以下のステップを進める（Ｓ２１３）。撮像素子３０６に与えるオフセット量は上述のものを（倍率）２倍したものである（Ｓ２１４）。即ち、あるグループｋに属する小領域ｉにおいて、各グループ内に属する点の傾きを代表する傾きをＢ０１（ｋ）、Ｂ０２（ｋ）、倍率をβとし、小領域ｉ内部の標本点ｊ＝１、…、ｎｊの面形状マップから、フォーカスオフセット量ｆ（ｉ）は次のようになる。
【００４９】
ｆ（ｉ）＝β２Σｊ（ｚｊ−Ｂ０１（ｋ）ｘｊ−Ｂ０２（ｋ）ｙｊ）/ｎｊ （３）
先ほどの例でグループ内の傾きの代表値を示すと、平均値である図７（Ｄ）に示す白丸のようになる。次に各グループを代表する傾きＢ０１（ｋ）、Ｂ０２（ｋ）でステージを傾ける（Ｓ２１５）。Ｓ２１５は、ｍ個のグループの中のグループｋ（ｋは１〜ｍの中から選択される整数）に属する全ての平面の傾き量が焦点深度内になるように、被撮像物を搭載したステージを傾ける傾斜ステップであるが、後述するように、撮像素子を更に傾けてもよい。即ち、傾斜ステップは、試料３０３と撮像素子３０６の撮像面Ｂを相対的に傾ければ足りる。
【００５０】
グループに属する撮像素子３０６のみオフセット量ｆ（ｉ）だけ光軸方向に動かす（Ｓ２１６）。Ｓ２１５、Ｓ２１６は同時に並行に行ってもよい。そして、グループ内の撮像素子３０６のみ撮像を行い、撮像データを取り込む（Ｓ２１７）。Ｓ２１７は、グループｋに属する領域ｉに対応する複数の撮像素子に試料３０３を撮像させる撮像ステップである。
【００５１】
図７（Ｅ）は視野内に並列して置かれた撮像素子３０６を示している。格子の１つ１つが撮像素子３０６である。灰色部分が各グループの撮像素子３０６の位置を示している。同じグループに属する撮像素子３０６がオフセット量だけ光軸方向に駆動される。
【００５２】
例えば、１回目の撮像では、グループｋ＝１のグループに属する撮像素子３０６をオフセット量だけ光軸方向に駆動され、ステージはグループｋ＝１の代表傾きで傾けられる。その後、グループに属する撮像素子３０６のみが撮像を行い、撮像データを伝送する。このようにして、グループｋ＝７まで同様な処理を繰り返す。つまり、ｋが１からｍの全ての値をとるように傾斜ステップと撮像ステップを繰り返す（Ｓ２１８）。これにより、標本の面上の全ての点の結像位置が撮像素子３０６の焦点深度内で撮像を行うことができる。これは非常にうねりが大きい例であるが、うねりの小さいものは１つのグループ、即ち１回の撮像で全視野を撮像できる。
【００５３】
殆どのうねりは傾きをいくつかの少ないグループに分類できる。凹凸の大きいものはグループ数が多くなり、多少撮像時間がかかるが、６４領域を１つずつ６４回撮像するのに比べれば、非常に時間が短縮できるのは明らかである。また、撮像素子３０６を小さくするほど傾き幅許容範囲ｂを大きくできるので、分類するグループの数が少なくなり、撮像時間を更に短縮することができる。
【実施例２】
【００５４】
図３Ｃは、実施例２による、図３Ａに示すＳ１０４、Ｓ１０６、Ｓ１０７の別の例を説明するためのフローチャートである。実施例２では、図２（Ｄ）に示すように、ステージ３０２の傾きと共に撮像素子３０６の傾きを利用する。撮像素子３０６の傾きは標本３０３の傾きの（倍率）倍である。従って、倍率が大きくなると、うねりの大きいものの傾き角は非常に大きくなってしまう。
【００５５】
例えば、倍率１０倍であるとき、図４のようなうねりのある標本３０３は最大角度が４ｍｒａｄ程度であるから、撮像素子３０６を傾けるとすると４０ｍｒａｄも傾けなければならない。このため、撮像素子３０６の傾きだけでうねりを補正しようとすると撮像素子３０６の駆動ユニットが大型になり、複数の撮像素子３０６を隙間なく並べられなくなる。逆に、撮像素子３０６を隙間なく並べると、撮像素子３０６の傾き量が小さくなる。そこで、撮像素子３０６の傾きが足りない分、ステージ３０２で傾けるようにする。
【００５６】
例えば、撮像素子３０６を駆動するユニットを小型化して１５ｍｒａｄまで傾きを駆動する場合、１５ｍｒａｄ以下の傾きは撮像素子３０６を傾けることによって合焦させることができる。１５ｍｒａｄより大きい傾きが必要な場合、ステージ３０２は必要な傾き角から倍率換算して１．５ｍｒａｄ差し引いたものを傾ける。即ち、小領域ｉの、撮像素子３０６の傾き角ＢＳ１（ｉ）、ＢＳ２（ｉ）は、光学系の倍率をβ、撮像素子３０６の標本上での駆動範囲をα（＞０）とすると、次式が成立する。
【００５７】
（Ｂ１（ｉ））２+（Ｂ２（ｉ））２≦（α）２のとき、      （４）
ＢＳ１（ｉ）＝Ｂ１（ｉ）・β、ＢＳ２（ｉ）＝Ｂ２（ｉ）・β
（Ｂ１（ｉ））２+（Ｂ２（ｉ））２＞（α）２のとき、
ＢＳ１（ｉ）＝α・ｃｏｓθ（ｉ）・β、ＢＳ２（ｉ）＝α・ｓｉｎθ（ｉ）・β
撮像素子３０６の傾き角ＢＳ１、ＢＳ２は傾き補正に必要な角度で、それぞれＸ方向の傾き、Ｙ方向の傾きである。また、新しい傾き角Ｂ１’、Ｂ２’は次式で与えられる。
【００５８】
Ｂ１（ｉ）’＝Ｂ１（ｉ）−α・ｃｏｓθ（ｉ）          （５）
但し、（Ｂ１(ｉ））２+（Ｂ２(ｉ））２≦（α）２のとき、Ｂ１(ｉ）’＝０
Ｂ２（ｉ）’＝Ｂ２（ｉ）−α・ｓｉｎθ（ｉ）
但し、（Ｂ１（ｉ））２+（Ｂ２（ｉ））２≦（α）２のとき、Ｂ２（ｉ）’＝０
ここで、θは傾きの方向、αは撮像装置の仕様からあらかじめ設定されている係数である。新しい傾き角Ｂ１’、Ｂ２’はステージによる傾き補正に必要な角度で、それぞれＸ方向の傾き、Ｙ方向の傾きである。
【００５９】
この手順を図３Ｃのフローチャートで説明する。図３ＢにＳ３０１〜Ｓ３０３が加わっており、図３Ｂと同様の符号には同様の参照符号が付してある。実施例１と同じ試料３０３の例で説明する。Ｓ２０４の後で、数式３により、撮像素子３０６の傾き角ＢＳ１、ＢＳ２を求め（Ｓ３０１）、数式４により、撮像素子３０６の傾きとの差分である新しい傾き角Ｂ１’、Ｂ２’を求める（Ｓ３０２）。
【００６０】
図８（Ａ）を参照してＳ３０２の処理を説明する。同図はＳ２０４で求めた傾きの散布図を示し、図中の小領域ｉの任意の点Ｑにおいて、傾きの方向θ（ｉ）、撮像素子３０６の傾き駆動範囲αを示す。図８（Ａ）に示すように、αより大きい傾きから、Ｂ１からαのｘ方向成分をＢ２からαのｙ方向成分を差し引く。α以下の傾きはすべてゼロとなる。すると新しい傾き角Ｂ１’、Ｂ２’は、図８（Ｂ）のような傾きの散布図となる。新しい傾きＢ１’、Ｂ２’を実施例１の方法と同様に、Ｓ２０５からＳ２０８の処理によりグループ化して各グループのステージの傾きＢ０１、Ｂ０２を求める。そして、実施例１と同様に、各グループのステージ傾き量とグループに属する撮像素子３０６のフォーカスオフセット量を求める（Ｓ２１４）。
【００６１】
グループｋの属する小領域ｉにおけるフォーカスオフセット量ｆ（ｉ）は、ステージ傾きと撮像素子３０６の傾きを考慮して標本点ｊ＝１、…、ｎｊの面形状マップから、次のように求める。
【００６２】
ｆ（ｉ）＝β２Σｊ｛ｚｊ−（Ｂ０１（ｋ）＋ＢＳ１（ｉ）/β）ｘｊ−（Ｂ０２（ｋ）＋ＢＳ２（ｉ）/β）ｙｊ｝/ｎｊ        （６）
グループを代表する傾きＢ０１、Ｂ０２でステージ３０２を傾ける（Ｓ２１９）。グループに属する撮像素子３０６のみ撮像素子３０６の光軸方向へのオフセット量の駆動に加えて、撮像素子３０６の傾きＢＳ１、ＢＳ２を駆動する（Ｓ３０３）。Ｓ２１９、Ｓ３０３はどちらを先に行ってもよく、同時に行うのが望ましい。次に、グループ内の撮像素子３０６のみ撮像を行い、撮像データを取り込む（Ｓ２１７）。
【００６３】
このようにすることでグループ化の数を小さくでき、より高速に標本３０３の面上の全ての点の結像位置が撮像素子３０６の焦点深度内で撮像を行うことができる。
【００６４】
類似の方法として、実施例１の方法でまず撮像素子３０６の傾きを考慮しないでグループ化してから、グループ内に属する小領域の撮像素子３０６の傾きを差し引くこともできる。撮像素子３０６の傾きは同様に数式３によって、ステージ３０２の傾きは数式４から求めることができる。この場合には、傾き幅許容範囲ｂをより大きく設定すれば同じ結果が得られる。
【００６５】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形および変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は、顕微鏡システムの分野に適用可能である。
【符号の説明】
【００６７】
１００…計測システム（計測装置）、３００…撮像システム（撮像装置）、４００…制御部
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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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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