(57)【要約】【課題】  複数の撮像素子を有する画像取得装置において、結像光学系の光軸方向における複数の撮像素子の合焦位置間の相対位置を補正できる画像取得装置を提供する。【解決手段】  第１及び第２の撮像素子１１と、結像光学系９、１０と、被写体を支持する被写体ステージ７と、制御部２００と、を有する画像取得装置であって、制御部は、補正用マークの像を結像光学系の光軸方向における第１の撮像素子と補正用マークとの相対位置を変更しながら第１の撮像素子で撮像することにより取得した複数の撮像結果に基づいて、第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように第１の撮像素子又は被写体ステージを光軸方向に移動し、前記補正用マークの像を第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で第２の撮像素子で撮像することにより取得した撮像結果に基づいて、第２の撮像素子を光軸方向に移動する。【選択図】図１
2015090493.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子の受光面に被写体の像を形成する結像光学系と、前記被写体を支持する被写体ステージと、制御部と、を有する画像取得装置であって、
前記制御部は、
前記被写体ステージに配置されている補正用マークの像を前記結像光学系の光軸方向における前記第１の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置を変更しながら前記第１の撮像素子で撮像することにより複数の撮像結果を取得し、
前記第１の撮像素子の前記複数の撮像結果に基づいて、前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように前記第１の撮像素子又は前記被写体ステージを前記光軸方向に移動し、
前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することにより撮像結果を取得し、
前記第２の撮像素子の前記撮像結果に基づいて、前記第２の撮像素子を前記光軸方向に移動する
ことを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
第１及び第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子の受光面に被写体の像を形成する結像光学系と、前記被写体を支持する被写体ステージと、制御部と、を有する画像取得装置であって、
前記制御部は、
前記被写体ステージに配置されている補正用マークの像を前記結像光学系の光軸方向における前記第１の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置を変更しながら前記第１の撮像素子で撮像することにより複数の撮像結果を取得し、
前記第１の撮像素子の前記複数の撮像結果に基づいて、前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように前記第１の撮像素子又は前記被写体ステージを前記光軸方向に移動し、
前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することにより撮像結果を取得し、
前記第２の撮像素子の前記撮像結果に基づいて、前記第２の撮像素子で撮像した前記被写体の画像を補正する
ことを特徴とする画像取得装置。
【請求項３】
前記第２の撮像素子を支持する第２の撮像素子ステージを有し、
前記制御部は、前記第２の撮像素子の前記撮像結果と予め取得した補正用データとに基づいて、前記第２の撮像素子ステージを前記光軸方向に移動し、
前記補正用データは、前記光軸方向における前記第２の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置と、前記補正用マークの像を前記第２の撮像素子で撮像することにより取得した撮像結果と、の関係を表すデータである
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４】
前記制御部は、前記第２の撮像素子の前記撮像結果と予め取得した補正用データとに基づいて、前記第２の撮像素子で撮像した前記被写体の画像を補正し、
前記補正用データは、前記光軸方向における前記第２の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置と、前記補正用マークの像を前記第２の撮像素子で撮像することにより取得した撮像結果と、の関係を表すデータである
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５】
前記第２の撮像素子を支持する第２の撮像素子ステージを有し、
前記制御部は、
前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することによって取得した撮像結果の情報を取得する情報取得部と、
前記情報と前記補正用データとに基づいて、前記第２の撮像素子ステージを前記光軸方向に移動する移動量を取得する移動量取得部と、
前記移動量に基づいて前記第２の撮像素子ステージを前記光軸方向に移動する撮像素子ステージ制御部と、を有する
ことを特徴とする請求項３に記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記制御部は、
前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することによって取得した撮像結果の情報を取得する情報取得部と、
前記情報と前記補正用データとに基づいて、前記第２の撮像素子で撮像した前記被写体の画像の補正量を取得する補正量取得部と、
前記補正量に基づいて前記第２の撮像素子で撮像した前記被写体の画像を補正する画像補正部と、を有する
ことを特徴とする請求項４に記載に画像取得装置。
【請求項７】
前記制御部は、
前記第１の撮像素子の前記複数の撮像結果に基づいて、前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように前記被写体ステージを前記光軸方向に移動する
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記制御部は、
前記被写体を前記第１及び第２の撮像素子の少なくともいずれか一方で撮像することにより前記被写体の画像を取得する
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記補正用マークは、前記被写体ステージに支持されている前記被写体に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記補正用マークは、前記被写体ステージの前記被写体が支持される領域と異なる領域に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
前記補正用マークは、前記被写体ステージに前記被写体に代えて支持されている補正用部材に配置されている
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の画像取得装置。
【請求項１２】
第１及び第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子の受光面に被写体の像を形成する結像光学系と、前記被写体を支持する被写体ステージと、制御部と、を有する画像取得装置を用いた画像取得方法であって、
前記被写体ステージに配置されている補正用マークの像を前記結像光学系の光軸方向における前記第１の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置を変更しながら前記第１の撮像素子で撮像することにより複数の撮像結果を取得する第１の撮像ステップと、
前記第１の撮像ステップの撮像結果に基づいて、前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように前記第１の撮像素子又は前記被写体ステージを前記光軸方向に移動する第１の移動ステップと、
前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することにより撮像結果を取得する第２の撮像ステップと、
前記第２の撮像ステップの撮像結果に基づいて、前記第２の撮像素子を前記光軸方向に移動する第２の移動ステップと、を有する
ことを特徴とする画像取得方法。
【請求項１３】
前記被写体の像を前記第１及び第２の撮像素子の少なくともいずれか一方で撮像する第３の撮像ステップを有する
ことを特徴とする請求項１２に記載の画像取得方法。
【請求項１４】
第１及び第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子の受光面に被写体の像を形成する結像光学系と、前記被写体を支持する被写体ステージと、を有する画像取得装置を用いた画像取得方法であって、
前記被写体ステージに配置されている補正用マークの像を前記結像光学系の光軸方向における前記第１の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置を変更しながら前記第１の撮像素子で撮像することにより複数の撮像結果を取得する第１の撮像ステップと、
前記第１の撮像ステップの撮像結果に基づいて、前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように前記第１の撮像素子又は前記被写体ステージを前記光軸方向に移動する第１の移動ステップと、
前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することにより撮像結果を取得する第２の撮像ステップと、
前記第２の撮像ステップの撮像結果に基づいて、前記第２の撮像素子で撮像した前記被写体の画像を補正する画像補正ステップと、を有する
ことを特徴とする画像取得方法。
【請求項１５】
請求項１２乃至１４のいずれか一項に記載の画像取得方法の各ステップをコンピュータに実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡等を用いた画像取得装置、及び、画像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、病理診断や臨床研究等の分野において、人から摘出した組織片等の病理標本の顕微鏡像をデジタル画像として取得することで、データ管理の効率化や遠隔診断を図るバーチャル・スライド・システムが注目されている。このシステムの被写体である病理標本は、数μｍ〜数十μｍ程度に薄くスライスされた組織片をスライドグラスとカバーグラスで挟み、封入剤により固定して作製されるプレパラートである。
【０００３】
一方で、病理観察用顕微鏡の対物レンズは高解像が要求されており、高ＮＡ側に設計することでレンズの被写界深度が浅くなってしまう。病理観察用顕微鏡で一般に用いられる対物レンズの被写界深度は０．５〜１μｍ程度と組織片の厚みに比べて狭い。そのため、組織片の厚み範囲全域の画像を取得したい場合、光軸方向における対物レンズの焦点と被写体との相対位置を変更しながら繰り返し撮像するといったステップ撮像を行う必要がある。
【０００４】
そのような背景から、光軸方向に対して被写体の異なる複数の位置を同時に撮像することで、光軸方向に対する被写体の撮像時間を短縮したい、等の要望があった。
【０００５】
それを実現する手段として、特許文献１では、光束分割素子を対物レンズの瞳の共役像の近傍に設けて標本からの光束を２つ以上に分割し、更に合焦位置を光軸方向に変化できる位置可変な撮像素子を有する画像取得装置を提案している。これにより、光軸方向において複数の異なる位置を同時に撮像できる。
【０００６】
特許文献２では、結像光学系を経由した光を２つの光路に分岐して、２つの撮像領域を有する撮像素子に結像させるための光路分岐手段を設けており、撮像した画像から被写体に対する合焦度を検出している。これにより、同時に撮像された複数の画像を用いて光軸方向における被写体の位置を検出できるため、被写体の画像を取得するための処理速度を向上させることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１１−２０９４８８号公報
【特許文献２】特開２０１１−０８１２１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、複数の撮像素子を有する画像取得装置では、周囲環境の温度変動等といった経時変化に伴い光学素子やその保持部分が変形することにより、複数の撮像素子の各々の合焦位置が変化することがある。その結果、各撮像素子の合焦位置が変化するため、複数の合焦位置間の光軸方向における相対位置が変化してしまうという課題があった。相対位置が変化すると、実際に撮像した位置が想定していた位置と異なるため、ピントのずれた画像を取得したり、取得した画像に不足分が発生したりする可能性がある。
【０００９】
その解決方法としては、例えば、温度変動や熱変形を抑止する、或いは、合焦位置の変化量を検出して補正する等の方法が考えられる。特許文献１及び２は、いずれも、光軸方向における複数の合焦位置間の相対位置の変化を考慮していないために、画像取得における各合焦位置の位置精度が悪くなる。
【００１０】
本発明は、係る課題を鑑みてなされたもので、複数の撮像素子を有する画像取得装置において、結像光学系の光軸方向における複数の撮像素子の合焦位置間の相対位置を補正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】
【００１１】
本発明の一側面としての画像取得装置は、第１及び第２の撮像素子と、前記第１及び第２の撮像素子の受光面に被写体の像を形成する結像光学系と、前記被写体を支持する被写体ステージと、制御部と、を有する画像取得装置であって、前記制御部は、前記被写体ステージに配置されている補正用マークの像を前記結像光学系の光軸方向における前記第１の撮像素子と前記補正用マークとの相対位置を変更しながら前記第１の撮像素子で撮像することにより複数の撮像結果を取得し、前記第１の撮像素子の前記複数の撮像結果に基づいて、前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役になるように前記第１の撮像素子又は前記被写体ステージを前記光軸方向に移動し、前記補正用マークの像を前記第１の撮像素子と前記補正用マークとが共役な状態で前記第２の撮像素子で撮像することにより撮像結果を取得し、前記第２の撮像素子の前記撮像結果に基づいて、前記第２の撮像素子を前記光軸方向に移動することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
複数の撮像素子を有する画像取得装置において、結像光学系の光軸方向における複数の撮像素子の合焦位置間の相対位置を補正できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１の実施形態の画像取得装置の構成を示す概略図。
【図２】第１の実施形態の画像取得装置による画像取得方法を示すフローチャート。
【図３】第１の実施形態の画像取得装置において、被写体に設けた補正用マークを用いた複数の合焦位置間の相対位置の補正方法を示すフローチャート。
【図４】第１の実施形態の画像取得装置において、被写体ステージに設けられた補正用マークを用いた複数の合焦位置間の相対位置の補正方法を示すフローチャート。
【図５】第１の実施形態の画像取得装置による複数の合焦位置間の相対位置の補正方法を説明する図。
【図６】第２の実施形態の画像取得装置の構成を示す概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
本実施形態の画像取得装置の構成を、図１を参照して説明する。図１は、本実施形態の画像取得装置の構成を示す概略図である。画像取得装置１は、撮像装置１００、制御部２００、画像処理部３００、画像保存部４、表示部５を有する。
【００１５】
撮像装置１００は、被写体６を撮像するための装置であり、デジタル顕微鏡やバーチャルスライドスキャナ等に相当する。
【００１６】
制御部２００は、画像取得装置全体の様々な処理に対する制御を行う。制御部２００は、具体的には、ＣＰＵ、メモリ、記憶デバイス等を備えたコンピュータで、撮像装置１００と接続されている。制御部２００のメモリには、図２のステップＳ１０１からＳ１０８及び図３、図４の各ステップに対応するプログラムが記憶されており、ＣＰＵがそれを読み込んで実行することで各処理が行われ、画像取得装置１を制御する。
【００１７】
画像処理部３００は、撮像装置１００で撮像した画像の補正や演算処理を行う部分で、専用処理ボードとしてコンピュータに組み込まれている。画像保存部４は、撮像装置１００で撮像した画像を保存・蓄積する部分で、ハードディスク等の外部記憶装置である。表示部５は、取得した画像を表示・閲覧するためのディスプレイである。
【００１８】
撮像装置１００は、被写体ステージ７、照明部８、対物レンズ９、光束分割素子１０、撮像素子１１、撮像素子ステージ１２を有する。なお、本明細書では、図１に示すように、対物レンズ９の光軸方向に対して直交する方向をＸＹ方向、対物レンズ９の光軸方向をＺ方向として記載する。
【００１９】
被写体ステージ７は、被写体６を支持するステージで、被写体ステージ７が移動することによって、被写体６の位置をＸＹ方向及びＺ方向に変更する。被写体ステージ７として、本実施形態ではボールねじやピエゾ等を用いた電動式の駆動機構を使用する。
【００２０】
照明部８は、被写体６を照明する光源及び光学系を有する装置である。光源として、本実施形態ではハロゲンランプやＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ  Ｅｍｉｔｔｉｎｇ  Ｄｉｏｄｅ）等を用いる。
【００２１】
照明部８からの光は、被写体６を透過した後、対物レンズ９及び光束分割素子１０を含む結像光学系によって撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれの受光面で結像する。すなわち、結像光学系は、光束分割素子１０によって対物レンズ９からの光を複数に分割して、被写体６の像を撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々の受光面に形成するための光学系である。光束分割素子１０として、本実施形態ではハーフミラーやプリズム等の光学素子を用いる。
【００２２】
なお、図１では対物レンズ９の像面側で光束分割しているが、例えば、対物レンズ９の瞳面で光束分割していても構わない。その場合、光束分割素子１０と撮像素子１１の間に結像レンズ等の光学素子を設ける必要がある。
【００２３】
撮像素子１１は、受光した光を光電変換して、被写体６の画像のデータを電気信号として出力する。撮像素子１１として、本実施形態ではＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ  Ｃｏｕｐｌｅｄ  Ｄｅｖｉｃｅ）やＣＭＯＳ（Ｃｏｍｐｌｅｍｅｎｔａｒｙ  Ｍｅｔａｌ−Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）等のイメージセンサを用いる。本実施形態の撮像装置１００は、３つの撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃを有する。
【００２４】
撮像素子ステージ１２は、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃをそれぞれ支持するステージで、対応する撮像素子１１の位置を、結像光学系の光軸方向又は結像光学系の光軸方向と直交する方向に移動する。撮像素子ステージ１２は、手動または電動ステージであり、本実施形態ではボールねじやピエゾ等を用いた駆動機構を使用する。本実施形態では、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々に対して撮像素子ステージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃが設けられている。
【００２５】
なお、本明細書における「結像光学系の光軸方向」は、結像光学系の光軸（共軸）と平行な方向のことである。具体的には、被写体６及び被写体ステージ７における結像光学系の光軸方向はＺ方向であり、また、撮像素子１１ａ及び撮像素子ステージ１２ａにおける結像光学系の光軸方向もＺ方向である。ただし、本実施形態では、光束分割素子１０によって光軸が折り曲げられているため、撮像素子１１ｂ、１１ｃ及び撮像素子ステージ１２ｂ、１２ｃにおける結像光学系の光軸方向はＸＹ方向である。結像光学系の光軸方向は、以降、単に「光軸方向」と呼ぶことがある。
【００２６】
本実施形態の撮像装置１００では、光束分割素子１０により分割された各光束が、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃそれぞれの受光面で結像するように配置されている。また、複数の撮像素子１１は、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃと被写体６（被写体ステージ７）との間の光路長がそれぞれ異なるように配置されている。このような構成にすることにより、被写体６中の光軸方向に対して異なる複数の位置（ａ、ｂ、ｃ）を一度に撮像することができる。
【００２７】
既述したように、画像取得装置でデジタル画像を取得する被写体６として、細胞や組織片が封入された病理診断用の観察用プレパラートが挙げられる。通常、病理診断用に観察される組織片は数μｍ〜数十μｍ程度に薄くスライスされ、封入剤で固定されカバーグラスで覆われている。一方、組織片を拡大して観察するための対物レンズ９は高解像が要求されるため、高いＮＡで設計され、被写界深度は０．５〜１μｍ程度と組織片の厚みに対して狭い。そのため、組織片の厚み範囲全域の画像を取得するには、厚み方向すなわちＺ方向に異なる複数の位置で撮像する必要がある。
【００２８】
その方法として、被写体６を固定する被写体ステージ７を対物レンズ９の被写界深度に相当する量だけＺ方向にステップ移動させながら組織片の厚み範囲全域を撮像する方法が挙げられる。しかし、Ｚ方向に複数回ステップ移動させる必要があるために、撮像に時間がかかってしまうという問題がある。
【００２９】
また、一方で、事前に観察用プレパラートに封入された組織片の位置情報を取得しておく必要がある。しかし、組織片と封入剤の屈折率の差が小さいことから、屈折率差を利用して位置を検出する測距センサ等を用いるのは難しい。そこで、被写体６を撮像した撮像結果において、染色された組織片と封入剤とのコントラストや輝度等の差から組織片の位置を特定する方法が用いられる。しかし、１００μｍ近くの厚みの封入剤に対してステップ移動と撮像とを繰り返す必要があるために、やはり撮像時間が長くなってしまう。
【００３０】
これらの問題を考慮して、本実施形態の撮像装置１００のように、複数の撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの合焦位置がそれぞれ異なるように配置する構成にすれば、光軸方向に異なる複数の位置を一度に撮像できる。撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃのそれぞれの合焦位置ａ、ｂ、ｃは、光軸方向に対する間隔が対物レンズ９の被写界深度相当かそれ以下に設定するのが望ましい。なお、ここでの合焦位置とは、結像光学系を介して撮像素子１１（の撮像面）と光学的に共役な位置のことである。
【００３１】
制御部２００は、本体制御部２０１、被写体ステージ制御部２０２、照明制御部２０３、撮像素子制御部２０４を含む。本体制御部２０１は、画像取得装置全体の各制御部を統合して制御する部分で、各制御部の駆動タイミング等は本体制御部２０１により制御される。
【００３２】
被写体ステージ制御部２０２は、被写体ステージ７をＸＹ方向及びＺ方向に移動させて、被写体ステージ７の位置制御を行う。照明制御部２０３は、照明部８の光源のＯＮ／ＯＦＦ制御及び絞り、カラーフィルタ交換等、照明部８の全体を制御する。
【００３３】
撮像素子制御部２０４は、撮像素子１１の露出に関するＯＮ／ＯＦＦ制御や、撮像素子１１から出力された被写体６の撮像結果に関する電気信号を画像保存部４に伝送する役割を担う。撮像素子制御部２０４は撮像素子ステージ制御部２０５を含む。撮像素子ステージ制御部２０５は、撮像素子ステージ１２の移動を制御する部分である。具体的には、撮像素子ステージ１２を結像光学系の光軸方向、すなわち各撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの受光面に対して直交方向に移動する。
【００３４】
画像処理部３００は、情報取得部３０１と、画像補正部３０２と、移動量取得部３０３と、を有する。
【００３５】
情報取得部３０１は、撮像装置１００で撮像した撮像結果の情報を取得する。撮像結果の情報は、被写体を撮像した画像のコントラストの評価値や輝度等のことで、これを用いて複数の合焦位置間の相対位置や組織片の位置情報を取得できる。本実施形態では撮像結果の情報として、画像内の注目する画素に対する輝度の分散値を取得する。しかし、これに限らず、例えば、ブレナー関数による画像の微分値を求めて撮像結果の情報としても構わない。
【００３６】
また、情報取得部３０１は、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃで被写体６を撮像した撮像結果の情報から、被写体６としての観察用プレパラートに封入されている組織片の位置を特定して、組織片の位置情報の取得も行う。具体的には、染色された組織片と封入剤とのコントラストや輝度等の差から組織片の位置を特定して、組織片の位置情報を取得する。
【００３７】
画像補正部３０２は、撮像装置１００が撮像した撮像結果としての画像を補正する。補正については、取得した分光透過率に基づいた色調補正やガンマ補正、ノイズ処理等が考えられる。
【００３８】
移動量取得部３０３は、光軸方向における撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々の合焦位置ａ、ｂ、ｃ間の相対位置の変化量を取得する。取得した変化量は、撮像素子ステージ１２ａ、１２ｂ、１２ｃを移動して撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃそれぞれの合焦位置ａ、ｂ、ｃ間の相対位置を補正するために撮像素子ステージを光軸方向に移動する移動量として用いる。移動量は、情報取得部３０１で取得した撮像結果の情報と予め取得した補正用データとに基づいて取得する。
【００３９】
補正用データは、光軸方向における撮像素子１１と補正用マークとの相対位置と、補正用マークの像を撮像素子１１で撮像することにより取得した撮像結果と、の関係を表すデータである。
【００４０】
情報取得部３０１におけるプレパラートに封入された組織片の位置情報の取得方法、及び、移動量取得部３０３における移動量の取得方法の詳細は後述する。
【００４１】
本実施形態の画像取得装置１の画像取得プロセスについて、図２を参照して説明する。図２は、本実施形態の画像取得装置１による画像取得方法を示すフローチャートである。
【００４２】
まず、図２のステップＳ１０１により、被写体６としての観察用プレパラートを被写体ステージ７に配置する。この場合、観察用プレパラートが複数枚ストックされたカセットから観察用プレパラートを自動で被写体ステージ７に送り込む機構を設けても良いし、ユーザが手動で配置しても構わない。
【００４３】
次に、情報取得部３０１が、観察用プレパラート内に封入された組織片のＸＹ方向及びＺ方向の位置を検出して、組織片の位置情報を取得する（Ｓ１０２）。
【００４４】
一般に、使用される対物レンズ９の視野は、観察用プレパラートのＸＹ方向における組織片の存在範囲よりも狭いため、組織片のＸＹ方向における位置情報を取得して、その位置情報に基づき被写体６を複数の領域に分割して撮像する。Ｚ方向についても同様に、組織片が存在している部分のみ撮像すれば良い。そのため、取得した組織片の位置情報に基づき、複数の分割領域を設定するプロセスが必要であり、その操作もステップＳ１０２で行う。これにより、組織片の存在範囲に対してのみ撮像領域を設定することができるため、不要なデータや撮像時間を削減できる。
【００４５】
組織片の位置情報を取得する方法としては、既述したように、撮像装置１００で撮像した撮像結果から、撮像結果の情報を取得して、染色された組織片と封入剤とのコントラストや輝度等の差から組織片の位置を特定する方法が考えられる。
【００４６】
まず、ＸＹ方向に対する組織片の位置検出方法として、例えば、低倍率レンズ並びにカメラ（不図示）を別途用意し、それにより得られた撮像結果の情報から位置を特定する方法が挙げられる。一方で、Ｚ方向に対する組織片の位置検出方法としては、まず、被写体ステージ７により、対物レンズ９の視野内に組織片の撮像したい範囲が収まるようにＸＹ方向に対する位置制御を行う。このとき、事前に取得されたＸＹ方向における組織片の存在範囲から設定された分割領域に基づいて被写体ステージ７の位置制御を行っても構わない。
【００４７】
このときに撮像素子ステージ１２を用いて複数の撮像素子１１の各々を位置制御しても構わなく、例えば、撮像素子１１の受光面に対して直交方向或いは水平方向に対する位置制御が考えられる。それにより、複数の撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々に相当する合焦位置ａ、ｂ、ｃの間隔を任意に変更することができ、位置検出にかかる時間を短縮することが可能である。
【００４８】
撮像素子１１の各撮像結果は、撮像素子制御部２０４を介して画像保存部４に伝送され一時的に保存・蓄積される。蓄積された複数の撮像結果は、情報取得部３０１に伝送され、既述したように、コントラストや輝度等の差の情報に基づいて組織片のＺ方向に対する存在範囲が算出される。
【００４９】
ステップＳ１０３では、取得した組織片の位置情報に基づいて被写体ステージ制御部２０２が被写体ステージ７を移動することにより、被写体６を位置制御する。被写体ステージ７は、組織片が複数の撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々の合焦位置ａ、ｂ、ｃの各範囲内に収まるように移動される。
【００５０】
そして、ステップＳ１０４において、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃにより組織片の光軸方向に異なる位置で撮像される。組織片に対するＺ−ｓｔａｃｋ画像を取得する場合は、複数の合焦位置ａ、ｂ、ｃのＺ方向に対する間隔を対物レンズ９の被写界深度相当かそれ以下に設定するのが望ましい。また、１回の撮像で組織片の厚み範囲全域を撮像することができない場合は、再度、ステップＳ１０３に戻り被写体ステージ７を光軸方向に移動、ステップＳ１０４で撮像を繰り返していく必要がある。
【００５１】
撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃで撮像した画像は、ステップＳ１０５により、画像保存部４に伝送されて保存・蓄積される。そして、保存・蓄積された画像は、画像補正部３０２で補正・加工の処理が行われ（Ｓ１０６）、ステップＳ１０７で表示部５に伝送されて表示・閲覧等が行われる。
【００５２】
撮像が終了した観察用プレパラートはステップＳ１０８により、被写体ステージ７から取り外される。以上が本発明における画像取得装置１による画像取得プロセスである。
【００５３】
次に、本実施形態の画像取得装置１による複数の焦点間の相対位置を補正する方法ついて説明する。図３は、本発実施形態の画像取得装置による複数の合焦位置間の相対位置を補正する方法を示すフローチャートである。
【００５４】
まず、画像取得装置１の主電源をＯＮにして装置全体を立ち上げる。次に、ステップＳ２０１において、光軸方向における撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々の合焦位置間の相対位置に関して、初期キャリブレーションの要否を選択する。既に複数の合焦位置間の相対位置が調整されている、或いは、観察対象となる被写体６のサンプル数が少ない等といった初期キャリブレーションが不要の場合はこのステップを省略することができる。これは、ユーザが選択しても良いし、本体制御部２０１等で決定しても良い。
【００５５】
初期キャリブレーションを実行しない場合は、既述したステップＳ１０１〜１０８の観察用プレパラートの画像取得プロセスに移る。初期キャリブレーションを行う場合、まず、ステップＳ２０２により、補正用マークが設けられているプレパラート等の被写体を被写体ステージ７に配置して、対物レンズ９の視野内に補正用マークを収める。
【００５６】
補正用マークは、各撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの合焦位置を調整するための初期キャリブレーション及び後述する再キャリブレーションで用いるマークである。本実施形態ではラインアンドスペース等の合焦位置補正用のテストチャートを補正用部材として用いる。補正用マークとしては、補正用マークをプレパラート等に設けてキャリブレーション専用の補正用部材を用意しても良いし、組織片等を封入した観察用プレパラートのうち組織片が封入されていない領域の一部に補正用マークを設けても良い。補正用マークは、複数の合焦位置間の相対位置を精度良く補正するために、なるべく高分解能に対応できるものが望ましい。
【００５７】
また、補正用マークが設けられている被写体を用いるのではなく、例えば、被写体ステージ７の被写体６が支持される領域とは異なる領域に補正用マークとしてのピンホールやスリット等を設けても構わない。その場合におけるフローチャートを図４に示す。その場合、図３のステップＳ２０２、Ｓ２０５、Ｓ２０７、Ｓ２１４といったプレパラートの設置・撤去の操作が不要になる。その代わりに、図４のステップＳ２２２、Ｓ２２７といった補正用マーク対物レンズ９の視野内に収まるように、被写体ステージ７をＸＹ方向に移動する操作を行う。
【００５８】
被写体ステージ７上に配置されている補正用マークとしては、複数の焦点間のＺ方向に対する相対位置の変化量が算出できるような濃さの異なるものを想定しており、例えば、同心円状等が考えられる。
【００５９】
次に、ステップＳ２０３により、被写体ステージ制御部２０２及び撮像素子ステージ制御部２０５が、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃの各々に相当する複数の合焦位置ａ、ｂ、ｃの光軸方向の間隔に対して初期位置を調整する。ここでは例として、合焦位置ａとｂとの間隔及び合焦位置ａとｃとの間隔を、対物レンズ９の被写界深度相当に調整し、それを初期位置とする。
【００６０】
まず、被写体ステージ制御部２０２が、被写体ステージ７に配置された補正用マークと撮像素子１１ｃとが共役になるように、すなわち、合焦位置ｃが補正用マークにピントが合うように被写体ステージ７を光軸方向に移動する。
【００６１】
次に、被写体ステージ制御部２０２は、被写体ステージ７を被写界深度相当だけ光軸方向にステップ移動させて、その位置で撮像素子１１ａと補正用マークとが共役になるように撮像素子１１ａの位置調整を行う。撮像素子１１ｂについても同様の操作を繰り返すことにより、複数の合焦位置を初期位置に調整できる。調整後、基準とする撮像素子１１ａ（第１の撮像素子）の合焦位置ａに対する残りの撮像素子（第２の撮像素子）１１ｂ、１１ｃの合焦位置ｂ及びｃのＺ方向における相対位置は、初期位置の情報として情報取得部３０３へと伝送される。
【００６２】
次に、ステップＳ２０４により、補正用マークを複数の撮像素子１１で撮像した撮像結果の輝度に基づき、情報取得部３０１において複数の焦点間の補正用データが作成される。補正用データは、複数の撮像素子で撮像した撮像結果から輝度を取得し、その輝度を補間して作成した評価関数で、相対位置と輝度とを２軸とする曲線である。補正用データは評価関数に限らず、相対位置と撮像結果に関する情報との関係をまとめた表であっても良い。
【００６３】
補正用データは、複数の撮像素子１１のうちのいずれか１つの合焦位置を基準として作成される。本実施形態では、撮像素子１１ａの合焦位置ａを基準とする。ステップＳ２０４で作成された補正用データは後述する再キャリブレーション時に使用する。
【００６４】
最後に、ステップＳ２０５で、補正用のプレパラートを被写体ステージ７から取り外す。以上で初期キャリブレーションが完了する。
【００６５】
次に、ステップＳ２０６において、光軸方向における複数の撮像素子１１の各々に相当する複数の合焦位置間の相対位置の補正に関して再キャリブレーションの要否を選択する。再キャリブレーションの要否については、例えば、装置立ち上げ後の経過時間や画像取得プロセスを行った被写体６のサンプル数、或いは周囲環境や装置内の温度情報等に基づいて本体制御部２０１等で決定される。また、予め光軸方向における合焦位置の変化の傾向を調べておき、それに基づき再キャリブレーションのタイミングを決定しても構わない。
【００６６】
再キャリブレーションが不要の場合は、ステップＳ１０１〜１０８の観察用プレパラートの画像取得プロセスに移る。また、初期キャリブレーション直後は、再キャリブレーションは不要であるため、その場合はステップＳ２０６を省略して直接Ｓ１０１に移るようなフローにしても構わない。
【００６７】
再キャリブレーションを行う場合は、まず、ステップＳ２０７により、初期キャリブレーション時に使用した補正用マークが配置されたプレパラートを被写体ステージ７上に配置する。次に、被写体ステージ制御部２０２又は撮像素子ステージ制御部２０５によって光軸方向における基準の撮像素子である第１の撮像素子１１ａと補正用マークとの相対位置を変更しながら、補正用マークの像を第１の撮像素子１１ａで撮像する（Ｓ２０８）。
【００６８】
そこで取得した複数の撮像結果に基づいて、被写体ステージ制御部２０２が、補正用マークと撮像素子１１ａとが共役になるように被写体ステージ７を光軸方向に移動する（Ｓ２０９）。
【００６９】
次に、撮像素子１１ａと補正用マークとが共役な状態で、撮像素子１１ｂ及び撮像素子１１ｃで補正用マークを撮像する（Ｓ２１０）。撮像した撮像結果は、情報取得部３０１に送られ、撮像素子１１ｂ、１１ｃで撮像した各画像の特定の画素における輝度を求める（Ｓ２１１）。
【００７０】
続いてステップＳ２１２では、移動量取得部３０３が、取得した輝度と補正用データとに基づいて、合焦位置ａに対する第２の撮像素子１１ｂ、１１ｃの合焦位置ｂ、ｃの相対位置の移動量を求める。移動量を取得する方法の詳細は後述するが、ステップＳ２０４で補正用データを作成する際に基準とした第１の撮像素子１１ａを基準として輝度を取得する必要がある。取得した輝度と補正用データとから、光軸方向における基準の合焦位置ａに対する残りの合焦位置ｂ、ｃの相対位置が分かる。取得した各相対位置の情報は、移動量取得部３０３へと伝送される。
【００７１】
移動量取得部３０３は、直前に伝送された相対位置情報と、ステップＳ２０３において伝送された初期位置の情報とを用いて、光軸方向における基準の合焦位置ａに対する合焦位置ｂ、ｃの相対位置の変化量を取得する。取得した変化量は、第２の撮像素子１１ｂ、１１ｃの位置を調整するための移動量として用いる。変化量（移動量）の取得方法に関する詳細については後述する。
【００７２】
取得した移動量に基づき、撮像素子ステージ制御部２０５が、第２の撮像素子１１ｂ、１１ｃを支持する撮像素子ステージ１２ｂ、１２ｃを光軸方向に移動して合焦位置ｂ、ｃの位置が補正される。
【００７３】
そして、ステップＳ２１４において、プレパラートが被写体ステージ７から取り外され、再キャリブレーションが完了となる。再キャリブレーション後はステップＳ１０１〜１０８に移り、観察用プレパラートの画像取得プロセスが実行される。
【００７４】
ステップＳ１０１〜１０８の実行後に、ステップＳ２１５において、次の被写体６の有無について選択する。被写体６がある場合は、再度、ステップＳ２０６に移り再キャリブレーションの要否について選択する。被写体６が無い場合は、画像取得装置１の主電源をＯＦＦにして装置全体を立ち下げる。以上が、本実施形態の画像取得装置１による複数の合焦位置間の相対位置の補正方法についての説明である。
【００７５】
次に、本実施形態の画像取得装置による複数の焦点間の相対位置補正方法の詳細について説明する。図５は、本実施形態の画像取得装置による複数の合焦位置間の相対位置の補正方法を示す概略図である。
【００７６】
図５（ａ）は、初期キャリブレーション時において、補正用データの作成方法を示す概略図である。図５（ｂ）は、再キャリブレーション時において、複数の撮像素子に相当する複数の合焦位置間の光軸方向に対する相対位置の変化量の取得方法を示す概略図である。図５（ｃ）は、再キャリブレーション時において、取得した相対位置の変化量に基づいて複数の合焦位置間の相対位置を補正した状態を示す概略図である。
【００７７】
図５（ａ）、図５（ｂ）、図５（ｃ）のグラフは、横軸を輝度、縦軸をＺ方向における合焦位置ａに対する相対位置とした評価関数を表している。
【００７８】
まず、初期キャリブレーション時に、補正用データを作成する方法について図５（ａ）を参照して説明する。補正用データは、第１の撮像素子１１ａの合焦位置ａを基準として作成する。そこで、まず、被写体ステージ７に配置された補正用マークと第１の撮像素子とが共役になるように、被写体ステージ７をＺ方向に移動する。
【００７９】
位置調整方法としては、情報取得部３０１により、複数の撮像素子１１で撮像した画像内の注目する画素の輝度に基づいて評価関数を作成する。次に、作成した評価関数の値が最大となる位置を算出し、その位置を補正用マークに対する合焦位置とする。そして、その位置が合焦位置ａの範囲内に収まるように被写体ステージ７をＺ方向に移動する方法が考えられる。
【００８０】
図５では、基準とする合焦位置を中央の位置ａにしているが、他の合焦位置ｂ、ｃにしても構わない。また、基準とする合焦位置ａにおいて補正用マークに対してピントが合うように被写体ステージ７を光軸方向に位置制御しているが、撮像素子ステージ１２を用いて複数の撮像素子１１を位置制御しても構わない。
【００８１】
次に、補正用マークと第１の撮像素子とを共役にした状態で、撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃで補正用マークを撮像することによって取得した複数の撮像結果から、補正用データとしての評価関数を作成する。補正用マークと第１の撮像素子とが共役になるように位置制御されているため、合焦位置ａにおいて評価関数における輝度が最大値となる。
【００８２】
図５（ａ）における評価関数のグラフでは、合焦位置ａの位置を０とし、合焦位置ａに対する合焦位置ｂの相対位置をｂ１、合焦位置ａに対する合焦位置ｃの位置をｃ１としている。なお、初期キャリブレーション時に、合焦位置間の間隔を被写界深度相当にした場合、｜ｂ１｜＝｜ｃ１｜となる。
【００８３】
第１の撮像素子１１ａと補正用マークとを共役にせず、別の位置を基準として補正用データを作成する方法も考えられる。このとき、輝度は合焦位置ａで最大になるとは限らない。この場合、再キャリブレーション時に、光軸方向における第１の撮像素子１１ａと補正用マークとの相対位置を初期キャリブレーション時と同じにする際に、補正用マークにゴミ等が付着することによって位置合わせが難しくなるという問題が考えられる。また、被写体ステージ７の熱膨張により、被写体ステージ７と第１の撮像素子１１ａとの相対位置も変動することが予想される。そのため、第１の撮像素子１１ａと補正用マークとが共役な状態で補正用データを作成するのが望ましい。
【００８４】
次に、図５（ｂ）を参照して、再キャリブレーション時に、基準とする合焦位置ａに対する合焦位置ｂ、ｃの相対位置の変化量を取得する方法について説明する。まず、初期キャリブレーションのときと同様の方法で、補正用マークと第１の撮像素子とが共役になるように被写体ステージ７の位置を移動する。
【００８５】
次に、第１の撮像素子１１ａと補正用マークとが共役な状態で、第２の撮像素子１１ｂ、１１ｃにより補正用マークを撮像する。撮像して得られた画像は、初期キャリブレーションのときと同様に、情報取得部３０１で注目する画素に対する輝度が取得される。
【００８６】
取得した各輝度は、初期キャリブレーション時に作成した補正用データの評価関数上にプロットされる。そして、光軸方向における基準の合焦位置ａに対する合焦位置ｂ、ｃの相対位置ｂ２、ｃ２が取得される。
【００８７】
取得した相対位置ｂ２、ｃ２は移動量取得部３０３へと伝送される。移動量取得部３０３には、伝送された相対位置情報ｂ２、ｃ２、並びにステップＳ２０３において伝送された初期位置の情報ｂ１、ｃ１が存在する。これより、基準とする合焦位置ａに対して残りの合焦位置ｂ、ｃのＺ方向における相対位置の変化量ｂ２−ｂ１、ｃ２−ｃ１を求めることができる。
【００８８】
図５（ｃ）では、取得した変化量ｂ２−ｂ１、ｃ２−ｃ１を移動量として、移動量に基づき、撮像素子１１ｂ、１１ｃの位置を撮像素子ステージ１２ｂ、１２ｃにより補正した状態を示す。これにより、本実施形態の構成により、複数の合焦位置間の光軸方向における相対位置を取得し、それに基づき相対位置を補正できる。
【００８９】
この方法に限らず、例えば、相対位置の変化量に基づき、光軸方向における被写体ステージ７の位置やステップ移動量を変更しながら組織片の厚み範囲全域の分割画像を取得しても構わない。
【００９０】
本実施形態では組織片の厚み範囲全域を対物レンズ９の被写界深度相当に分割して撮像することを想定しているが、これに限定する必要は無い。例えば、組織片の厚み範囲の一部のみを撮像する構成でも良い。
【００９１】
なお、取得した組織片の厚み範囲全域の分割画像を処理合成し、１枚の深度拡大画像を生成する等の処理を行っても良い。
【００９２】
このように、本実施形態では、第１の撮像素子１１ａと補正用マークとが共役になるように第１の撮像素子１１ａと補正用マークとの相対位置を調整すれば、第２の撮像素子１１ｂ、１１ｃの位置を調整するための撮像素子ステージ１２の移動量を取得できる。これにより、再キャリブレーションを高速に行うことができ、画像取得装置１に関してスループットの向上が期待できる。
【００９３】
（第２の実施形態）
第２の実施形態の画像取得装置について、図６を参照して説明する。図６は、本実施形態の画像取得装置の構成を示す概略図である。
【００９４】
第１の実施形態の画像取得装置１に対して、本実施形態の画像取得装置１０１は、撮像装置１１０が、撮像素子ステージ１２を含まない構成となっている。それに伴い制御部２２０の撮像素子制御部２２４は、撮像素子ステージ制御部２０５を持たない構成となっている。
【００９５】
また、本実施形態の画像処理部３３０は、情報取得部３０１と画像補正部３０２と補正量取得部３３３とを有する。第１の実施形態では、情報取得部３０１から移動量取得部３０３に情報が伝送されていたが、本実施形態では、情報取得部３０１と補正量取得部３３３との間で双方向的なデータ伝送が行われる。
【００９６】
本実施形態では、情報取得部３０１で取得した輝度等の撮像結果の情報に基づき、補正量取得部３３３が補正量を取得する。取得した補正量に基づき画像補正部３０２で画像を補正するため、情報取得部３０１と画像補正部３０２間でもデータ伝送が行われる。
【００９７】
第１の実施形態では、光軸方向における複数の合焦位置間の相対位置の変化量に基づいて、撮像素子ステージ１２を移動して相対位置を補正していた。それに対して、本実施形態では、画像補正により初期位置に相当する画像の復元を行う。
【００９８】
補正方法について説明する。まず、第１の実施形態では図３のステップＳ２１２において、移動量取得部３０３で、光軸方向における基準の合焦位置ａに対する合焦位置ｂ、ｃの相対位置の変化量ｂ２−ｂ１、ｃ２−ｃ１を取得していた。取得した変化量は、撮像素子ステージ１２ｂ、１２ｃの移動量として用いられていた。本実施形態では、補正量取得部３３３が変化量ｂ２−ｂ１、ｃ２−ｃ１を取得して、取得した変化量は、情報取得部３０１に伝送される。本実施形態では、ここで再キャリブレーションに関する処理プロセスは終了する。
【００９９】
次に、図２のステップＳ１０１に進み、観察用プレパラートの画像取得プロセスを開始する。画像取得プロセスにおけるステップＳ１０２で、観察用プレパラートに封入された組織片の位置情報を取得するために、被写体６を撮像する。撮像結果は、情報取得部３０１に伝送される。
【０１００】
情報取得部３０１では、撮像結果である複数の画像データそれぞれについて、任意の画素の輝度を取得するが、その際に、補正量取得部３０３から伝送された相対位置の変化量に基づき作成を行う。それによって、撮像素子の複数の合焦位置間の相対位置の変化を除いた正しい位置情報が取得できる。
【０１０１】
取得した位置情報に基づいてステップＳ１０４で組織片を撮像する。撮像によって取得した画像は、画像保存部４を介して、合焦位置算出部３０１及び画像補正部３０２へと伝送される。
【０１０２】
続いて、画像補正部３０２が、伝送されてきた画像を補正する（Ｓ１０６）。本実施形態では、このステップで複数の合焦位置間の相対位置を補正する。具体的には、補正量取得部３３３で取得した補正量としての変化量ｂ２−ｂ１、ｃ２−ｃ１によって形状が決まるローパスフィルタを画像に作用させることによって、合焦位置の相対位置のずれに起因する画像の変化が補正される。このローパスフィルタの具体形として、撮像時に用いた結像光学系の特性を表すＰｏｉｎｔ  Ｓｐｒｅａｄ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ（ＰＳＦ）を用いれば、より精度の高い補正を行えることが期待できる。
【０１０３】
これにより、初期位置に相当する画像を復元できるため、撮像素子１１を移動する撮像素子ステージ１２を設けることなく、Ｚ方向における複数の合焦位置間の相対位置を補正できる。
【０１０４】
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及び変更が可能である。
【０１０５】
例えば、上述の実施形態では、被写体６の透過光を光束分割素子１０により３方向に光束分割しているが、それに限定する必要は無く、例えば、分割数に応じて光束分割素子１０や撮像素子１１の数を決定すれば良い。
【０１０６】
また、上述の実施形態では、複数の撮像素子１１ａ、１１ｂ、１１ｃを用いて撮像した撮像結果を用いて補正用データを作成している。しかし、これに限らず、任意の撮像素子を選択して、その撮像素子と補正用マークとの光軸方向における相対位置を変更させながら補正用マークの像を撮像することによって取得した複数の撮像結果から補正用データを作成しても良い。また、補正用データを予め取得してある場合には、ステップＳ２０４を省略しても良い。
【０１０７】
さらに、第２の実施形態の画像取得装置において、撮像素子を移動するためのステージを設けていないが、撮像素子を移動するための撮像素子ステージを設けても良い。そのような画像取得装置であっても、撮像素子ステージを移動しなくて良くなるため、画像の取得にかかる時間を短縮できる等の効果を奏する。
【符号の説明】
【０１０８】
１  画像取得装置
７  被写体ステージ
９、１０  結像光学系
１１  撮像素子
１２  撮像素子ステージ
２００  制御部
【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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