(57)【要約】【課題】撮像領域の全域で凹凸を有する物体に対してピントが合った光学像を形成する。【解決手段】対物光学系２００は、物体３０からの光を結像させる第１の結像光学系２１０と、第１の結像光学系２１０からの光を再結像させる第２の結像光学系２２０と、第１の結像光学系２１０からの光を反射して第２の結像光学系２２０に向かわせる反射手段７０とを有する。反射手段は、その部分ごとの光軸方向での位置の変更が可能である。第１の結像光学系２１０の倍率をＭとし、反射手段のうち互いに異なる部分間に設定可能な光軸方向での最大距離をΔｚｍとし、物体の表面のうち光軸方向において互いに離れた部分間の最大距離をΔｚｏとするとき、Ｍ≦√（２×Δｚｍ／Δｚｏ）なる条件を満足する。【選択図】図１
2015094802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
物体の光学像を形成する対物光学系であって、
前記物体を結像する第１の結像光学系と、
該第１の結像光学系により結像された前記物体を再結像する第２の結像光学系と、
前記第１の結像光学系からの光を反射して前記第２の結像光学系に向かわせる反射手段と、を有し、
前記対物光学系内を光が進む方向を光軸方向とするとき、
前記反射手段は、その部分ごとの前記光軸方向における位置の変更が可能であり、
前記第１の結像光学系の倍率をＭ、前記反射手段のうち互いに異なる前記部分間に設定可能な前記光軸方向における最大距離をΔｚｍ、前記物体の表面のうち前記光軸方向において互いに離れた部分間の最大距離をΔｚｏ、とするとき、
Ｍ≦√（２×Δｚｍ／Δｚｏ）
なる条件を満足することを特徴とする対物光学系。
【請求項２】
前記第１の結像光学系の倍率は５倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の対物光学系。
【請求項３】
前記反射手段は、前記第１の結像光学系からの光の集光位置を含む所定範囲内に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の対物光学系。
【請求項４】
前記反射手段は、前記部分ごとの前記光軸方向での位置が変更されるように変形が可能であることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項５】
前記反射手段と前記第２の結像光学系の再結像位置との間に配置されたビームスプリッタを有することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項６】
前記第２の結像光学系は拡大光学系であることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項７】
前記第１の結像光学系は、前記物体からの発散光束を平行光束化する第１の光学系と、前記第１の光学系からの光束を収斂させる第２の光学系と、前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置されたビームスプリッタと、を含み、
前記第２の結像光学系は、前記第２の光学系と、前記反射手段により反射されて前記第２の光学系および前記ビームスプリッタを通った光束を収斂させる第３の光学系と、を含むことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の対物光学系。
【請求項８】
前記第１の光学系の光軸と前記第３の光学系の光軸とが互いに非平行であることを特徴とする請求項７に記載の対物光学系。
【請求項９】
物体の光学像を形成する対物光学系であって、
前記物体からの発散光束を平行光束化する第１の光学系と、
前記第１の光学系からの光束を収斂させる第２の光学系と、
前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置されたビームスプリッタと、
前記第２の光学系からの光束が集光する側に配置され、該光束を反射する反射手段と、
前記反射手段により反射されて前記第２の光学系および前記ビームスプリッタを通った光束を収斂させる第３の光学系と、を有し、
前記対物光学系内を光束が進む方向を光軸方向とするとき、
前記反射手段は、その部分ごとの前記光軸方向での位置の変更が可能であることを特徴とする対物光学系。
【請求項１０】
前記反射手段は、前記第２の光学系からの光束の集光位置を含む所定範囲内に配置されていることを特徴とする請求項９に記載の対物光学系。
【請求項１１】
前記反射手段は、前記部分ごとの前記光軸方向での位置が変更されるように変形が可能であることを特徴とする請求項９または１０に記載の対物光学系。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれか一項に記載の対物光学系と、
前記反射手段を、前記部分ごとの前記光軸方向での位置を制御する制御部と、
前記物体を撮像する撮像素子と、を有することを特徴とする画像取得装置。
【請求項１３】
前記制御部は、前記物体のピント状態に応じて前記反射手段の前記部分ごとの前記光軸方向での位置を制御することを特徴とする請求項１２に記載の画像取得装置。
【請求項１４】
前記物体の形状の情報を取得する計測部を有し、
前記制御部は、前記物体の形状の情報に応じて、前記反射手段の前記部分ごとの前記光軸方向での位置を制御することを特徴とする請求項１２に記載の画像取得装置。
【請求項１５】
前記物体を照明する照明光は、前記ビームスプリッタを介して前記物体を照明することを特徴とする請求項１２から１４のいずれか一項に記載の画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、病理標本等の物体の画像データを取得するのに好適な対物光学系および画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
病理診断において病理標本（試料）を撮像してその画像データを取得し、その画像データをディスプレイに表示することで病理標本の画像を観察可能とする画像取得装置が注目されている。この画像取得装置を用いれば、試料の画像データを複数人で同時に観察したり遠方の病理医と共有したりすること等が可能となる。
【０００３】
このような画像取得装置において、対物光学系の視野内に収まらない大きな試料を観察する場合には、試料と対物光学系とを相対移動させながら複数回撮像し、取得された複数の画像データをつなぎ合わせることで試料全体の画像データを取得する必要がある。この場合、できるだけ撮像回数を減らして画像データを取得する時間を短縮するために、広い視野（撮像領域）を有する対物光学系が求められる。さらに、試料を観察する上では、広い撮像領域を有するだけでなく、可視光域において高い解像力を有する対物光学系が必要となる。
【０００４】
高い解像力を得るためには、対物光学系の開口数（ＮＡ）を大きくする必要があるが、ＮＡを大きくすると焦点深度が浅くなる。また、試料の表面には、対物光学系の光軸方向において凹凸がある場合があり、この場合には、対物光学系によって形成される試料の光学像も光軸方向に凹凸を持つ。したがって、高い解像力と広い撮像領域を有する対物光学系では、試料を撮像した際に撮像領域の一部でピントが合わない部分が生じるおそれがある。
【０００５】
特許文献１には、主結像光学系による物体像の結像位置に可変形ミラーを配置し、該ミラーでの反射光を主結像光学系と可変形ミラーとの間に配置されたビームスプリッタで取り出して、再結像光学系により撮像面上に再結像させる対物光学系が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１３−０４４７８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１にて開示された対物光学系では、ビームスプリッタが主結像光学系と可変形ミラーとの間に配置されるためには、主結像光学系は拡大光学系でないと該ミラーの配置スペースを確保することが難しい。また、一般的にプレパラートに封入された生体試料の凹凸のＰＶ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｖａｌｌｅｙ）値は１０μｍ程度であり、それが拡大光学系で結像されると光学像の凹凸はさらに大きくなる。例えば拡大光学系の倍率が１０倍である場合、試料の光学像の光軸方向の凹凸は１０００μｍ程度となる。一方、可変形ミラーは、従来は波面を補正することを主用途として用いられ、求められる変形量（最大ストローク）は波長程度の大きさ（数μｍ程度）であった。このため、既存の可変形ミラーには、試料の拡大像の凹凸を補正できる程度に十分大きな最大ストロークを持つものは極めて少ない。したがって、可変形ミラーを用いた対物光学系において、広い撮像領域内にある凹凸を有する試料の全体にピントが合った光学像を形成するには、さらなる改善が必要である。
【０００８】
本発明は、高い解像力を有し、かつ広い撮像領域の全域で凹凸を有する物体に対してピントが合った光学像を形成することができる対物光学系およびこれを備えた画像取得装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一側面としての対物光学系は、物体からの光を結像させる第１の結像光学系と、第１の結像光学系からの光を再結像させる第２の結像光学系と、第１の結像光学系からの光を反射して第２の結像光学系に向かわせる反射手段とを有する。対物光学系内を光が進む方向を光軸方向とするとき、反射手段は、その部分ごとの光軸方向での位置の変更が可能である。そして、第１の結像光学系の倍率をＭとし、反射手段のうち互いに異なる部分間に設定可能な光軸方向での最大距離をΔｚｍとし、物体の表面のうち光軸方向において互いに離れた部分間の最大距離をΔｚｏとするとき、
Ｍ≦√（２×Δｚｍ／Δｚｏ）
なる条件を満足することを特徴とする。
【００１０】
なお、上記対物光学系と、物体の光学像を撮像する撮像素子と、上記反射部材の部分ごとの光軸方向での位置を制御する制御部とを有する画像取得装置も、本発明の他の一側面を構成する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、可変形ミラー等の反射手段を用いた対物光学系であって、高い解像力を有し、かつ広い撮像領域の全域で凹凸を有する物体に対してピントが合った光学像を形成することができる対物光学系を実現することができる。そして、この対物光学系を用いた画像取得装置によれば、短時間で物体の高解像度な画像データを取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例１である画像取得システムの概略図。
【図２】実施例１における第１の結像光学系の結像点の位置と反射部材の反射面との位置関係を示した模式図。
【図３】実施例１のシミュレーション結果を示す図。
【図４】本発明の実施例２である画像取得装置の要部概略図。
【図５】本発明の実施例３である画像取得装置の要部概略図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１には、本発明の実施例１である画像取得装置２０００を含む画像取得システム１０００の構成を示している。画像取得装置２０００は、対物光学系２００により形成された物体としての試料３０の光学像を撮像素子１１０により撮像して、該試料３０の画像（データ）を取得する。画像取得システム１０００は、取得された画像を画像表示部３０００に表示する。
【００１５】
対物光学系２００は、試料３０の各点からの発散光束を平行光束に変換する又は平行光束に近づける（以下、これらをまとめて発散光束を平行光束化するという）第１の光学系５０と、該第１の光学系５０から出射した光束を収斂する第２の光学系６０とを有する。第１の光学系５０と第２の光学系６０とにより第１の結像光学系２１０が構成される。また、対物光学系２００は、第２の光学系６０による集光位置を含む所定範囲内に配置された反射手段としての反射部材７０と、第１の光学系５０と第２の光学系６０との間の平行光路８０内に配置されたビームスプリッタ９０とを有する。反射部材７０として、本実施例では、可変形ミラーを用いる。可変形ミラーは、反射面の裏側に複数の電極や圧電素子が配置され、該電極または圧電素子への通電量を制御することで反射面の形状を制御できるものである。
【００１６】
さらに、対物光学系２００は、反射部材７０により反射された後に再び第２の光学系６０から射出され、ビームスプリッタ９０によって進行方向を変えられた光を収斂させて再結像させる第３の光学系１００を有する。第２の光学系６０と第３の光学系１００とにより第２の結像光学系２２０が構成される。ビームスプリッタ９０は、反射部材７０と第２の結像光学系２２０の再結像位置との間に配置されている。
以下の説明において、対物光学系内を光が進む方向を光軸方向といい、各光学系において該光軸方向に沿った中心軸を各光学系の光軸という。
【００１７】
反射部材７０は、その反射面における部分ごとの光軸方向の位置の変更が可能な、言い換えれば局所的に光軸方向での位置の変更が可能な反射部材である。反射部材７０の反射面のうち光軸方向での位置が変更可能な各部分を、以下、反射面部分という。
【００１８】
次に、本実施例の画像取得装置２０００における画像取得手順について説明する。図１および他の図において、第１の光学系５０の光軸に沿った方向にｚ軸をとり、図の紙面に垂直な方向にｘ軸をとり、これらｚ軸およびｘ軸に直交し、ｚ軸からｘ軸へ右ねじを回したときに右ねじが進む方向にｙ軸をとる。
【００１９】
まず、試料３０を含むプレパラート４０が撮像ステージ２０に保持される。そして、不図示の光源からの照明光が照明光学系１０に入射し、この照明光学系１０から出射した照明光によってプレパラート４０が均一に照明される。光源からの照明光としては、例えば波長４００ｎｍ〜７００ｎｍの可視光を用いることができる。
【００２０】
プレパラート４０における試料３０から出た光束は対物光学系２００に入射する。試料３０の各点から出た発散光束は、第１の光学系５０により平行光束化される。平行光束化された光束は、平行光路８０に配置されたビームスプリッタ９０を透過して第２の光学系６０によって収斂され、反射部材７０の近傍に試料３０の光学像を形成する。ここで、「近傍」とは、試料３０の凹凸の大きさに、試料３０からの光束を結像させる光学系の縦倍率を掛けた値以下の距離の程度を意味する。
【００２１】
反射部材７０によって反射された光は再び第２の光学系６０に入射し、平行光束化される。そして、ビームスプリッタ９０によって反射されてその進行方向を第１の光学系５０における光軸に対して直交する方向に変えられて第３の光学系１００に入射し、該第３の光学系１００により収斂されて撮像素子１１０の撮像面の近傍に再結像される。このように、第１の光学系５０の光軸と第３の光学系１００の光軸は非平行である。
【００２２】
次に、撮像される試料３０がｚ軸方向において凹凸を有する場合に反射部材７０の形状（各反射面部分の光軸方向での位置）を制御することにより撮像素子１１０の撮像面において平坦な光学像を得る方法について説明する。
【００２３】
図２（ａ），（ｂ）には、第１の光学系５０と第２の光学系６０により構成される第１の結像光学系２１０の結像点の位置と、反射部材７０の反射面部分の位置（反射部材７０の局所的な位置）との位置関係を模式的に示した図である。図２（ａ）に示すように、第１の結像光学系２１０の結像点から後方（＋ｚ方向）に向かって距離Ｌ１の位置に反射面部分を配置した場合、光束はその反射面部分で反射され、該反射面部分から後方に向かって距離Ｌ１の位置に見掛け上の像点を形成する。また、図２（ｂ）に示すように、第１の結像光学系２１０の結像点から前方（−ｚ方向）に向かって距離Ｌ２の位置に反射面部分を配置すると、光束はその反射面部分で反射されてから結像し、該反射面部分から前方に向かって距離Ｌ２の位置に見掛け上の像点を形成する。
【００２４】
対物光学系２００の視野に対応する撮像領域の全域でピントが合った画像を得るには、第２の光学系６０と第３の光学系１００により構成される第２の結像光学系２２０の結像面を撮像素子１１０の撮像面に合わせる必要がある。このためには、撮像素子１１０の撮像面の位置を第２の結像光学系２２０の像面（以下、第２の像面という）の位置として、それと共役になる位置（第２の結像光学系２２０の物体位置）と第１の結像光学系２１０の像面（以下、第１の像面という）の位置とを一致させればよい。
【００２５】
試料３０の形状にｚ方向の凸凹がある場合、第１の結像光学系２１０の結像点（第１の像面内の各点）の位置は、撮像領域内の位置によって変わり、平坦な一平面上には位置しない。しかし、本実施例では、図２（ａ），（ｂ）に示した関係を利用して、第１の結像光学系２１０の各結像点の位置と第２の結像光学系２２０の各物点の位置との中間位置に反射部材７０の各反射面部分を配置する。これにより、第２の結像光学系２２０の物体位置と第１の結像光学系２１０の見掛け上の像面位置とを一致させることができる。この結果、第２の結像光学系２２０の像面位置を撮像素子１１０の撮像面に合わせることができ、広い撮像領域の全域でピントが合った画像を得ることができる。
【００２６】
ただし、前述したように、既存の可変形ミラーにはｚ軸方向での最大ストロークが光の波長スケールよりも大きいものが少なく、反射部材７０のｚ軸方向での変形量には既存の技術で達成可能な上限が存在する。
【００２７】
ここで、第１の像面のｚ方向での凹凸のＰＶ（Ｐｅａｋ−ｔｏ−Ｖａｌｌｅｙ）値をΔｚｉとし、撮像領域内における物体の凹凸のＰＶ値、つまりは物体の表面（物体面）のうちｚ方向において互いに離れた部分間の最大距離をΔｚｏとする。このとき、Δｚｉは、Δｚｏと第１の結像光学系２１０の倍率Ｍ１とを用いて以下の式（１）のように表される。
Δｚｉ＝Ｍ１２×Δｚｏ    ・・・（１）
反射部材７０の変形量は、第１の像面のｚ方向での凹凸量の半分であるという関係から、反射部材７０の変形量に上限が存在すると、第１の像面の凹凸のＰＶ値Δｚｉにも許容可能な上限が存在する。反射部材７０のうち、その変形により互いに異なる反射面部分間に設定可能なｚ方向での最大距離を、反射部材７０の最大ストロークΔｚｍとすると、
Δｚｉ／２≦Δｚｍ  ・・・（２）
という制約条件がある。式（１）より、第1の結像光学系２１０の倍率Ｍ１が以下の式（３）で示す条件を満足することで、式（２）の条件は満たされる。
Ｍ１≦√（２×Δｚｍ／Δｚｏ）  ・・・（３）
物体としてプレパラートに封入された試料を扱う場合には、一般的にΔｚｏは１０μｍ程度である。一方、既存の可変形ミラーにおいて、Δｚｍは１００μｍ以下である。したがって、これらの値を式（３）に代入する計算から、第１の結像光学系２１０の倍率Ｍ１は５倍以下が適している。
【００２８】
本実施例の対物光学系２００は、第１の光学系５０と第２の光学系６０との間の平行光路８０にビームスプリッタ９０が配置された構成を有するため、第１の結像光学系２１０を低倍率に設定することができる。したがって、式（３）の条件を満足することが可能となり、既存の可変形ミラーを反射部材７０として用いて像面の凹凸補正を行うことができる。
【００２９】
そして、反射部材７０により反射された光は、必要に応じて、拡大光学系としての第２の結像光学系２２０により拡大結像される。本実施例の構成を用いることにより、第１の結像光学系２１０および第２の結像光学系２２０の倍率を、使用する反射部材７０の反射面の面積および最大ストロークや撮像素子１１０の画素ピッチ等の条件に合うように選択することができる。
【００３０】
また、反射部材７０を変形させることに伴う収差やディストーションの発生を抑えるために、第２の光学系６０は、反射部材７０が配置された側がテレセントリックになっている光学系であることが望ましい。
【００３１】
上記第２の像面を平坦にするための反射部材７０の適切な変形量は、反射部材７０の変形に対する撮像素子１１０で取得した画像のコントラストの変化、つまりは光学像のピント状態を参照して、画像処理・制御部３００によって決定され、制御される。
【００３２】
また、撮像領域の全域で一様に生じているデフォーカス（オフセット成分）は、撮像ステージ２０もしくは撮像素子１１０を光軸方向に移動させてフォーカス調整を行うことで除去してもよい。
【００３３】
撮像ステージ２０又は撮像素子１１０を光軸方向に移動させたときの収差やディストーションの発生を抑えるために、第１の光学系５０を物体側にてテレセントリックな光学系とし、第３の光学系１００を像側にてテレセントリックな光学系とすることが望ましい。
【００３４】
以上の構成により、撮像領域の全域で光学像を撮像素子１１０の撮像面にピントが合った光学像とすることができる。
【００３５】
本実施例の対物光学系２００を用いて撮像領域内でｚ方向に凹凸を持つ物体を撮像するシミュレーションを行った結果について説明する。このシミュレーションで想定した物体面のｚ方向での形状は、ｚ＝ａ×ｘ２（ａは定数）のようにｘ座標に依存した２次曲面である。そして、該物体面のｚ方向でのＰＶ値は１０μｍである。また、本シミュレーションにおいては、第１の光学系５０、第２の光学系６０および第３の光学系１００はいずれも収差がない理想レンズと仮定した。第１の結像光学系２１０の倍率Ｍ１は１倍に、第２の結像光学系２２０の倍率Ｍ２は１０倍に、物体側ＮＡは０．７にそれぞれ設定した。そして、物体上の各点（物点）を、一定のｙ座標の下でｘ方向沿いに２１点とり、各物点から出た光を光線追跡して像性能を評価した。また、光線追跡を行った２１の物点に、−ｘ方向から＋ｘ方向へと順番に物点番号を割り振った。
【００３６】
図３（ａ）は、上記のように想定した物体面からの光を、反射部材７０による像面の凹凸補正機能を持たない倍率１０倍の対物光学系で結像させたときに発生するデフォーカスを示す。グラフの横軸上の１〜２１は上述した物点番号である。グラフの縦軸は、各物点から出た光の結像位置と撮像面との距離（デフォーカス量）を示している。物体面が２次曲面であれば、各物点の結像点も２次曲面状に分布する。対物光学系のＮＡを０．７とし、参照波長λを５８７．６ｎｍとしたとき、焦点深度ｄは、以下の式（４）を用いると、約１２０μｍと求められる。
ｄ＝λ／｛ＮＡ／（Ｍ１×Ｍ２）｝２   ・・・（４）
したがって、図３（ａ）で表される像は、ピントが大きく外れた箇所が存在する。
【００３７】
図３（ｂ）は、上記のように想定した物体面からの光を、本実施例の対物光学系２００で結像させたときに発生するデフォーカス量を示す。図３（ａ）と同様に、グラフの横軸上の１〜２１は物点番号であり、縦軸はデフォーカス量を示している。対物光学系２００の焦点深度は、図３（ａ）に示した場合と同様に約１２０μｍであるが、図３（ａ）に示した場合に発生した２次曲面状のデフォーカスは、図３（ｂ）に示すように、ほぼ零に補正されている。また、このときの反射部材７０のｚ方向での変形量は、最大で５μｍであり、既存の可変形ミラーによって実現可能な値となっている。
【００３８】
本シミュレーションは、第１の光学系５０、第２の光学系６０および第３の光学系１００を理想レンズと仮定して行った。しかし、本実施例の構成によれば、これらの光学系として実際のレンズを用いた場合でも、シミュレーション結果と同等の像面の凹凸補正効果（光学像のピント補正効果）を得ることができる。
【００３９】
撮像素子１１０の撮像面上に形成された試料３０の光学像は撮像素子１１０によって撮像され、該撮像素子１１０から出力された撮像情報が画像処理・制御部３００で処理されることで画像データが生成される。この画像データは画像表示部３０００に表示される。これにより、撮像範囲の全体においてピントが合った試料３０の画像を取得および観察することができる。
【００４０】
また、画像処理・制御部３００では、対物光学系２００で補正できなかった収差の補正を画像処理によって補正したり、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したりする等の各種処理が行われる。
【実施例２】
【００４１】
実施例１では、反射部材７０の変形量を反射部材７０の変形に対する光学像のピント状態の変化に基づいて決定したが、本発明の実施例２では、反射部材７０の変形量を予め計測した物体の形状に基づいて決定する。
【００４２】
図４には、実施例２の画像取得装置５０００を含む画像取得システム４０００の構成を示している。画像取得システム４０００は、対物光学系２００を備えた画像取得装置５０００と、予備計測部６０００とを備えている。
【００４３】
試料３０を含むプレパラート４０が載せられた撮像ステージ２０は、まず予備計測部６０００に配置される。そして、予備計測光源６１０からの光束は、予備計測用ビームスプリッタ６２０によって偏向されてプレパラート４０を照明する。
【００４４】
プレパラート４０を透過した光束は、ｘｙ位置計測センサ６３０に入射し、そこで計測されたプレパラート４０における試料３０の大きさやｘｙ方向での位置等のデータが画像処理・制御部３００に送信される。ｘｙ位置計測センサとしては、ＣＣＤカメラ等を用いることができる。
【００４５】
一方、プレパラート４０で反射した光束は、予備計測ビームスプリッタ６２０を透過してｚ形状計測センサ６４０に入射する。このｚ形状計測センサ６４０により、プレパラート４０内の試料３０の各ｘｙ位置におけるｚ方向での位置が計測され、そのデータが画像処理・制御部３００に送信される。なお、ｚ形状計測センサ６４０としては、シャック・ハルトマンセンサ等を用いることができる。
【００４６】
画像処理・制御部３００は、ｘｙ位置計測センサ６３０およびｚ形状計測センサ６４０から送信されたプレパラート４０の予備計測データ（試料３０の位置、大きさおよびｚ形状）をメモリに保持する。
【００４７】
なお、予備計測部６０００は上記のような構成に限られない。例えば、ｘｙ方向の位置とｚ形状の計測を、別の光源を用いて別の位置で行ってもよい。
【００４８】
予備計測が終了すると、プレパラート４０を保持した撮像ステージ２０は、予備計測部６０００から画像取得部５０００へと移動する。
【００４９】
画像取得装置５０００では、実施例１で説明した画像取得装置２０００と同様に、まず光源からの照明光が照明光学系１０を通って試料３０を照明する。試料３０の各点から出た光は対物光学系２００によって撮像素子１１０の撮像面上に光学像を形成する。
【００５０】
本実施例では、撮像素子１１０の撮像面上に形成される像面を平坦にするための反射部材７０の適切な変形量は、予備計測により取得された試料３０の凹凸形状に基づいて画像処理・制御部３００によって決定される。反射部材７０のｚ方向での形状ｆｍ（ｘ，ｙ）は、試料３０のｚ方向での凹凸形状ｆｏ（ｘ，ｙ）と、第１の光学系５０および第２の光学系６０により構成される第１の結像光学系２１０の倍率Ｍ１とから、以下の式（５）により与えられる。
ｆｍ（ｘ，ｙ）＝（Ｍ１２／２）×ｆｏ（ｘ，ｙ）  ・・・（５）
このように変形された反射部材７０からの反射光は、実施例１と同様に、第２の光学系６０と第３の光学系１００により構成される第２の結像光学系２２０によって撮像素子１１０の撮像面上に平坦な光学像を形成する。
【００５１】
また、実施例１と同様に、第１の結像光学系２１０の倍率Ｍ１に式（３）で表される制約を課すことで、本実施例においても既存の可変形ミラーを用いて像面の凹凸補正を実現することができる。
【００５２】
本実施例でも、撮像範囲の全体においてピントが合った試料３０の画像を取得および観察することができる。
【実施例３】
【００５３】
実施例１，２では、試料３０を透過照明することで該試料３０の光学像を形成させたが、本発明の実施例３では試料３０を落射照明することで該試料３０の光学像を形成させる。本実施例は、生体試料の蛍光観察等に好適である。
【００５４】
図５には、実施例３の画像取得装置７０００の構成を示している。落射照明用光源７１０から出た照明光は、ビームコリメータ部７２０により、所定の直径を持つ平行光束に変換される。この平行光束の直径は、例えば平行光路８０での光束の直径と同じになるように調整される。また、落射照明用光源７１０としては、固体レーザ等を用いることができる。
【００５５】
ビームコリメータ部７２０から出射した照明光は、波長板７３０と偏光板７４０によってｓ偏光に変換されて偏光ビームスプリッタ７５０に到達する。そして、偏光ビームスプリッタ７５０により−ｚ方向に反射され、第１の光学系５０を通って試料３０を照明する。
【００５６】
試料３０よって散乱された光の一部は第１の光学系５０に入射して平行光束化される。
【００５７】
そして、偏光ビームスプリッタ７５０を透過した光を観察する。この際の透過率は、必要に応じて第２の波長板７６０により光のｐ偏光成分を向上させることで調整される。この調整は例えば、第２の波長板７６０と偏光ビームスプリッタ７５０の間に調整用偏光ビームスプリッタ（不図示）を挿入し、反射される光の強度を調べて行うことができる。
【００５８】
偏光ビームスプリッタ７５０を透過した光は、λ／４波長板７７０を通り、第２の光学系６０により反射部材７０の近傍に試料３０の像を形成する。
【００５９】
そして実施例１と同様に、反射部材７０からの反射光が撮像素子１１０の撮像面上で平坦な像を形成するように反射部材７０を変形させる。また、実施例１と同様に、第１の光学系５０と第２の光学系６０からなる第１の結像光学系２１０の倍率Ｍ１に式（３）で表される制約を課すことで、本実施例においても既存の可変形ミラーを用いて像面の凹凸補正が実現できる。
【００６０】
反射部材７０からの反射光は、再び第２の光学系６０によって平行光束化され、さらにλ／４波長板７７０を通ることでｓ偏光に変換される。そして、このｓ偏光は偏光ビームスプリッタ７５０により−ｙ方向に反射され、第３の光学系１００を通って撮像素子１１０の撮像面上に平坦な光学像を形成する。本実施例でも、第２の光学系６０と第３の光学系１００とにより第２の結像光学系２２０が構成される。
【００６１】
以上の構成により、偏光ビームスプリッタ７５０を用いて試料３０を落射照明する場合でも、撮像範囲の全体においてピントが合った試料３０の画像を取得および観察することができる。
（変形例）
上述した実施例２と実施例３とを組み合わせて、画像取得装置５０００での照明として落射照明を用いることもできる。
【００６２】
また、画像取得に要する時間を短縮するため、各実施例の画像取得装置は対物光学系２００を複数備えてもよい。
【００６３】
また、撮像ステージ２０をｘｙ方向に駆動させることで、広範な領域の試料３０の画像を取得することができる。
【００６４】
また、上記各実施例では、第１の光学系５０内での光軸と第２の光学系６０の光軸とが平行である場合について説明したが、第１の光学系５０の光軸と第２の光学系６０の光軸とが直交し、第２の光学系の光軸と第３の光学系の光軸とが平行である構成を用いてもよい。
【００６５】
さらに、可変形ミラーに代えて、チルト可能な平面ミラーを用いて、部分ごとの光軸方向での位置の変更が可能な反射部材７０を構成してもよい。この場合、試料の凹凸形状によっては、一度にピントを合わせられる撮像領域が可変形ミラーを用いる場合に比べて狭くなるが、反射部材の最大ストロークΔｚｍを既存の可変形ミラーを用いる場合に比べて大きくすることができる。
【００６６】
以上説明した各実施例は代表的な例にすぎず、本発明の実施に際しては、各実施例に対して種々の変形や変更が可能である。
【符号の説明】
【００６７】
３０  試料
７０  反射部材
９０  ビームスプリッタ
２００  対物光学系
２１０  第１の結像光学系
２２０  第２の結像光学系
【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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