(57)【要約】【課題】アライメントのための専用機構を設けることなく、被写体の載置面と撮像装置との間における詳細な傾斜情報を取得することができるアライメント装置等を提供する。【解決手段】被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る該被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得部２１と、画像から合焦領域を検出する合焦領域検出部２３１と、該合焦領域検出部２３１によって検出された合焦領域に関する情報に基づいて、観察光学系と被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出部２３２とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る前記被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得部と、
前記画像から合焦領域を検出する合焦領域検出手段と、
前記合焦領域検出手段によって検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて、前記観察光学系と前記被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出手段と、
を備えることを特徴とするアライメント装置。
【請求項２】
前記合焦領域に関する情報は、前記画像における前記合焦領域の位置及び幅であることを特徴とする請求項１に記載のアライメント装置。
【請求項３】
前記傾斜情報は、前記観察光学系の合焦面と前記被写体との間に生じている傾斜の方向と傾斜の角度との少なくともいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載のアライメント装置。
【請求項４】
前記傾斜情報算出手段により算出された前記傾斜情報に基づいて、前記被写体と前記観察光学系との間に生じている傾斜を調整する制御を行う傾斜調整制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項５】
前記傾斜情報算出手段により算出された前記傾斜情報を表示する表示手段をさらに備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項６】
前記画像から検出された合焦領域と該合焦領域以外の領域との位置関係に基づき、前記被写体に対する前記観察光学系の視野を移動させて撮像を行うか否かを判定する判定手段をさらに備え、
前記判定手段が前記視野を移動させて撮像を行うと判定した場合に、前記画像取得部は、前記被写体に対する前記観察光学系の視野が前記画像とは異なる第２の画像を取得し、
前記合焦領域検出手段は、前記第２の画像内から合焦領域をさらに検出し、
前記傾斜情報算出手段は、前記画像及び前記第２の画像からそれぞれ検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて前記傾斜情報を算出する、
ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項７】
前記観察光学系の合焦面と前記被写体とが既知の傾斜角度をなす場合に、前記観察光学系に対して前記被写体が合焦される領域に関する情報である基準合焦情報を取得し、該基準合焦情報と、前記合焦領域検出手段により前記画像から検出された合焦領域に関する情報とを比較する比較手段をさらに備え、
前記傾斜情報算出手段は、前記比較手段による比較結果に基づいて、前記傾斜情報を算出することを特徴とする、
請求項１〜５のいずれか１項に記載のアライメント装置。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１項に記載のアライメント装置と、
前記観察光学系と、
前記被検体が載置されるステージと、
を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
【請求項９】
被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る前記被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像から合焦領域を検出する合焦領域検出ステップと、
前記合焦領域検出ステップにおいて検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて、前記観察光学系と前記被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出ステップと、
を含むことを特徴とするアライメント方法。
【請求項１０】
被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る前記被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得ステップと、
前記画像から合焦領域を検出する合焦領域検出ステップと、
前記合焦領域検出ステップにおいて検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて、前記観察光学系と前記被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出ステップと、
をコンピュータに実行させることを特徴とするアライメントプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の載置面と撮像装置との間に生じている傾斜に関する情報を取得するアライメント装置、該アライメント装置を適用した顕微鏡システム、アライメント方法、及びアライメントプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、顕微鏡の焦点深度は数十μｍレベルであり、非常に浅い。そのため、観察対象の標本を載置するステージが僅かに傾いているだけで、顕微鏡の視野内にボケ領域が生じ、正しい像を取得することができない。このような視野内のボケは、焦点深度が浅い高倍率の観察を行う場合ほど著しく、その結果、顕微鏡観察画像の画質劣化や、標本計測の精度低下等を招いてしまう。
【０００３】
工場出荷時には通常、顕微鏡のステージの水平度が保たれているが、その後の使用状況によってはステージ固定ネジの緩みや劣化等が生じ、ステージに傾斜が生じる場合がある。このような場合、ユーザが、手動でステージ固定ネジを締め直す、或いは、顕微鏡に備えられた電動ステージの姿勢調整機構を用いるなどして、ステージの傾斜を調整する。しかしながら、数μｍレベルでの傾斜量や傾斜方向を検出し、精度良く調整を行うことは非常に困難である。
【０００４】
ステージ調整に関連する技術として、特許文献１には、スライドガラス上に反射率の高い材料で設けられた検出点（パターンマーク）に計測用光源から光を照射し、シリンドリカルレンズを介して検出点からの反射光を受光することにより形成された像の形状に基づき、スライドガラスの傾斜を検出して調整する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−１０１９５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１の場合、スライドガラスの傾斜を検出するために、シリンドリカルレンズや計測用光源等の専用機構を設ける必要がある。そのため、装置構成が複雑であり、汎用の顕微鏡にそのまま適用することはできない。また、特許文献１においては、傾斜の有無を検出しているに過ぎず、傾斜角度や傾斜の開始位置等の詳細な傾斜情報を得ることはできない。そのため、傾斜の有無を検出した後、傾斜を補正するために微調整を繰り返さなくてはならない。
【０００７】
本発明は上記に鑑みてなされたものであり、専用機構を設けることなく、被写体の載置面と撮像装置との間に生じている傾斜に関する詳細な傾斜情報を取得することができるアライメント装置、該アライメント装置を適用した顕微鏡システム、アライメント方法、及びアライメントプログラム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】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係るアライメント装置は、被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る前記被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得部と、前記画像から合焦領域を検出する合焦領域検出手段と、前記合焦領域検出手段によって検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて、前記観察光学系と前記被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明に係る顕微鏡システムは、前記アライメント装置と、前記観察光学系と、前記被検体が載置されるステージと、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明に係るアライメント方法は、被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る前記被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得ステップと、前記画像から合焦領域を検出する合焦領域検出ステップと、前記合焦領域検出ステップにおいて検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて、前記観察光学系と前記被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出ステップと、を含むことを特徴とする。
【００１１】
本発明に係るアライメントプログラムは、被写体と対向して設けられた観察光学系の視野に入る前記被写体の領域が撮像された画像を取得する画像取得ステップと、前記画像から合焦領域を検出する合焦領域検出ステップと、前記合焦領域検出ステップにおいて検出された前記合焦領域に関する情報に基づいて、前記観察光学系と前記被写体との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出ステップと、をコンピュータに実行させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、画像から検出された合焦領域に関する情報に基づいて、観察光学系と被写体との間の傾斜情報を算出するので、アライメントのための専用機構を設けることなく、被写体の載置面と撮像装置との間における詳細且つ精度の良い傾斜情報を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムの構成例を示すブロック図である。
【図２】図２は、図１に示す顕微鏡装置の構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、図１に示す撮像制御部の機能を説明するための模式図である。
【図４】図４は、図１に示す制御部の動作を説明するための模式図である。
【図５】図５は、図１に示すアライメント装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】図６は、被写体に形成されたパターンの一例を示す模式図である。
【図７】図７は、図１に示す合焦領域検出部が実行する合焦領域検出処理を示すフローチャートである。
【図８】図８は、画像を１６個の小領域に分割した例を示す模式図である。
【図９】図９は、図８に示す１つの小領域から抽出されたエッジを示すエッジ画像の模式図である。
【図１０】図１０は、合焦領域の選択方法を説明するための模式図である。
【図１１】図１１は、合焦領域の選択結果を示す模式図である。
【図１２】図１２は、図１に示す傾斜情報算出部が実行する傾斜情報算出処理を説明するためのフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図１４】図１４は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図１５】図１５は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図１６】図１６は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図１７】図１７は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図１８】図１８は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図１９】図１９は、本発明の実施の形態１における傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【図２０】図２０は、傾斜情報の表示例である傾斜特性マップを示す模式図である。
【図２１】図２１は、本発明の実施の形態１の変形例１における合焦領域検出処理を示すフローチャートである。
【図２２】図２２は、本発明の実施の形態１の変形例１における合焦領域検出処理において用いられる観察画像及び基準画像を示す模式図である。
【図２３】図２３は、本発明の実施の形態２に係る顕微鏡システムの構成例を示すブロック図である。
【図２４】図２４は、図２３に示すアライメント装置の動作を示すフローチャートである。
【図２５】図２５は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムの構成例を示すブロック図である。
【図２６】図２６は、図２５に示すアライメント装置の動作を示すフローチャートである。
【図２７】図２７は、本発明の実施の形態３において処理対象とする画像の一例を示す模式図である。
【図２８】図２８は、図２５に示す視野移動判定部が実行する視野移動要否の判定処理を示すフローチャートである。
【図２９】図２９は、視野移動要否の判定処理を説明するための模式図である。
【図３０】図３０は、視野移動要否の判定処理を説明するための模式図である。
【図３１】図３１は、視野移動要否の判定処理を説明するための模式図である。
【図３２】図３２は、本発明の実施の形態４に係る顕微鏡システムの構成例を示すブロック図である。
【図３３】図３３は、図３２に示すアライメント装置の動作を示すフローチャートである。
【図３４】図３４は、図３２に示す合焦領域検出部が実行する合焦領域検出処理を示すフローチャートである。
【図３５】図３５は、合焦領域検出処理を説明するための模式図である。
【図３６】図３６は、図３２に示す非合焦領域探索判定部が実行する非合焦領域探索判定処理を示すフローチャートである。
【図３７】図３７は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図３８】図３８は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図３９】図３９は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図４０】図４０は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図４１】図４１は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図４２】図４２は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図４３】図４３は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【図４４】図４４は、本発明の実施の形態５に係る顕微鏡システムの構成例を示すブロック図である。
【図４５】図４５は、本発明の実施の形態５における撮像方法を示す模式図である。
【図４６】図４６は、本発明の実施の形態５における撮像方法を示す模式図である。
【図４７】図４７は、図４４に示すアライメント装置の動作を示すフローチャートである。
【図４８】図４８は、観察画像及び基準画像を示す模式図である。
【図４９】図４９は、図４４に示す傾斜情報算出部が実行する傾斜情報算出処理を示すフローチャートである。
【図５０】図５０は、傾斜特定算出処理を説明するための模式図である。
【図５１】図５１は、傾斜特定算出処理を説明するための模式図である。
【図５２】図５２は、傾斜特定算出処理を説明するための模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るアライメント装置、顕微鏡システム、アライメント方法、及びアライメントプログラムの実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、これらの実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、各図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。
【００１５】
また、以下の実施の形態においては、本発明を、ステージ上に載置された被写体を撮像して顕微鏡観察画像を取得する顕微鏡システムに適用する例を説明するが、例えばデジタルカメラのように、被写体の画像を取得可能な装置やシステムであれば、本発明を適用することができる。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。図１に示すように、実施の形態１に係る顕微鏡システム１は、被写体の拡大像を生成する顕微鏡装置１０と、該顕微鏡装置１０が生成した拡大像に基づいて該顕微鏡装置１０のアライメントを行うアライメント装置２０とを備える。
【００１７】
図２は、顕微鏡装置１０の構成例を示す模式図である。図２に示すように、顕微鏡装置１０は、略Ｃ字形のアーム１００と、該アーム１００上に三眼鏡筒ユニット１０１を介して支持された鏡筒１０２及び接眼レンズユニット１０３と、アーム１００に設けられた落射照明ユニット１１０及び透過照明ユニット１２０と、被写体Ｓが載置されるステージ１３１を含む電動ステージユニット１３０と、鏡筒１０２の一端側に三眼鏡筒ユニット１０１を介してステージ１３１と対向するように設けられ、被写体Ｓからの観察光を結像する対物レンズ１４０と、ステージ傾斜調節部１５０とを備える。
【００１８】
三眼鏡筒ユニット１０１は、対物レンズ１４０から入射した観察光を、ユーザが被写体Ｓを直接観察するための接眼レンズユニット１０３と、後述する撮像部２１１との方向に分岐する。
【００１９】
落射照明ユニット１１０は、落射照明用光源１１１及び落射照明光学系１１２を備え、被写体Ｓに対して落射照明光を照射する。落射照明光学系１１２は、落射照明用光源１１１から出射した照明光を集光して、観察光学系１０４の光軸Ｌの方向に導く種々の光学部材（フィルタユニット、シャッタ、視野絞り、開口絞り等）を含む。
【００２０】
透過照明ユニット１２０は、透過照明用光源１２１及び透過照明光学系１２２を備え、被写体Ｓに対して透過照明光を照射する。透過照明光学系１２２は、透過照明用光源１２１から出射した照明光を集光して光軸Ｌの方向に導く種々の光学部材（フィルタユニット、シャッタ、視野絞り、開口絞り等）を含む。
【００２１】
これらの落射照明ユニット１１０及び透過照明ユニット１２０は、検鏡法に応じていずれかが選択されて使用される。なお、顕微鏡装置１０に、落射照明ユニット１１０と透過照明ユニット１２０とのいずれか一方のみを設けることとしても良い。
【００２２】
電動ステージユニット１３０は、ステージ１３１と、該ステージ１３１を駆動させるステージ駆動部１３２と、位置検出部１３３とを備える。ステージ駆動部１３２は、例えばモータによって構成され、後述する撮像制御部２２の制御の下でステージ１３１を対物レンズ１４０の光軸と直交する面内（即ちＸＹ平面内）において移動させるステージ移動機構である。このようにステージ１３１を移動させることにより、対物レンズ１４０の視野が変化する。また、ステージ駆動部１３２は、ステージ１３１をＺ軸に沿って移動させることにより、対物レンズ１４０を被写体Ｓに対して合焦させる。
【００２３】
なお、実施の形態１においては、電気的な制御によりステージ１３１の移動が可能な構成としているが、調節ツマミ等を用いてステージ１３１をユーザが手動で移動させる構成としても良い。
【００２４】
また、実施の形態１においては、対物レンズ１４０及び鏡筒１０２を含む観察光学系１０４の位置を固定し、ステージ１３１側を移動させているが、ステージ１３１の位置を固定し、観察光学系１０４側を移動させても良い。或いは、ステージ１３１と観察光学系１０４との双方を互いに反対方向に移動させても良い。つまり、観察光学系１０４と被写体Ｓとが相対的に移動可能な構成であれば、どのような構成であっても構わない。
【００２５】
位置検出部１３３は、例えばモータからなるステージ駆動部１３２の回転量を検出するエンコーダによって構成され、ステージ１３１の位置を検出して検出信号を出力する。なお、ステージ駆動部１３２及び位置検出部１３３の代わりに、後述する撮像制御部２２の制御に従ってパルスを発生するパルス発生部及びステッピングモータを設けても良い。
【００２６】
対物レンズ１４０は、倍率が互いに異なる複数の対物レンズ（例えば、対物レンズ１４０、１４１）を保持可能なレボルバ１４２に取り付けられている。レボルバ１４２を回転させ、ステージ１３１と対向する対物レンズ１４０、１４１を変更することにより、撮像倍率を変化させることができる。なお、図２は、対物レンズ１４０がステージ１３１と対向している状態を示している。レボルバ１４２にはエンコーダが設けられており、後述する画像取得部２１が撮像を行ったタイミングで、該エンコーダの出力値が顕微鏡装置１０からアライメント装置２０に入力される。アライメント装置２０においては、この出力値に基づき、被写体Ｓと対向する対物レンズ１４０の開口数及び倍率を取得することができる。
【００２７】
ステージ傾斜調節部１５０は、ステージ１３１のＸＹ平面に対する傾斜を調節する調節つまみ１５１と、該調節つまみ１５１を電気的な制御により動作させる調節つまみ駆動部１５２とを備える。
【００２８】
再び図１を参照すると、アライメント装置２０は、被写体Ｓを撮像することにより画像を取得する画像取得部２１と、該画像取得部２１の撮像動作を制御する撮像制御部２２と、当該アライメント装置２０における各種動作を制御すると共に、画像取得部２１が取得した画像に基づいて、対物レンズ１４０の合焦面に対する被写体Ｓの傾斜、言い換えると、ステージ１３１の傾斜に関する情報（以下、傾斜情報ともいう）を算出する制御部２３と、画像データや制御プログラム等の各種情報を記憶する記憶部２４と、当該アライメント装置２０に対する指示や情報を入力するための入力部２５と、制御部２３による処理の結果やその他所定の情報を出力する出力部２６とを備える。
【００２９】
画像取得部２１は、撮像部２１１及びメモリ２１２を備える。
撮像部２１１は、例えばＣＣＤやＣＭＯＳ等からなる撮像素子２１１ａを備え、撮像素子２１１ａが備える各画素においてＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各バンドにおける画素レベル（画素値）を持つカラー画像を撮像可能なカメラを用いて構成される。或いは、各画素における画素レベル（画素値）として輝度値Ｙを出力するモノクロ画像を撮像可能なカメラを用いて撮像部２１１を構成しても良い。
【００３０】
このような撮像部２１１は、観察光学系１０４（鏡筒１０２）の一端に、光軸Ｌが撮像素子２１１ａの受光面の中心を通るように設けられ、観察光学系１０４を介して受光面に入射した観察光を光電変換することにより、観察光学系１０４の視野に対応する画像データを生成する。以下において、撮像素子２１１ａの受光面の中心位置を、イメージャ中心ともいう。
【００３１】
メモリ２１２は、例えば更新記録可能なフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭといった半導体メモリ等の記録装置からなり、撮像部２１１が生成した画像データを一時的に記憶する。
【００３２】
図３は、撮像制御部２２の機能を説明するための模式図であり、図２に示すステージ１３１及び対物レンズ１４０を拡大して示している。図３に示すように、撮像制御部２２は、顕微鏡装置１０に制御信号を出力してステージ１３１を移動させることにより、被写体Ｓに対する観察光学系１０４の相対的な位置を変化させると共に、撮像部２１１に撮像を実行させることにより、観察光学系１０４の視野Ｖに入る被写体Ｓの領域の画像を取得する制御を行う。
【００３３】
制御部２３は、例えばＣＰＵ等のハードウェアによって構成され、記憶部２４に記憶されたプログラムを読み込むことにより、記憶部２４に記憶された各種パラメータや入力部２５から入力される情報等に基づき、アライメント装置２０及び顕微鏡システム１全体の動作を統括的に制御する。また、制御部２３は、画像取得部２１から入力された画像データに所定の画像処理を施すことにより画像を生成し、該画像に基づいてステージ１３１の傾斜情報を取得する。
【００３４】
図４は、制御部２３の動作を説明するための模式図であり、図２に示すステージ１３１及び対物レンズ１４０を拡大して示している。通常、顕微鏡装置１０においては、図３に示すように、対物レンズ１４０の光軸Ｌに対してステージ１３１の載置面１３１ａが直交するように、ステージ１３１の傾斜が調整されている。例えば光軸ＬがＺ方向と平行になっている場合、載置面１３１ａがＸＹ平面に平行となるように調整される。しかしながら、顕微鏡装置１０の使用状況によっては、図４に示すように、ＸＹ平面に対してステージ１３１が傾斜してしまうことがある。制御部２３は、このような場合に、ＸＹ平面に対するステージ１３１の傾斜情報として、ステージ１３１の傾斜方向及び傾斜角度αを算出する。
【００３５】
制御部２３は、視野Ｖが写った画像から合焦領域を検出する合焦領域検出部２３１と、該合焦領域に関する情報に基づいて、対物レンズ１４０とステージ１３１との間の傾斜情報を算出する傾斜情報算出部２３２とを備える。
【００３６】
記憶部２４は、更新記録可能なフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭといった半導体メモリ等の記録装置や、内蔵若しくはデータ通信端子で接続されたハードディスク、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等の記録媒体と該記録媒体に記録された情報を読み取る読取装置とを含む記録装置等によって構成される。記憶部２４は、制御部２３における演算に使用されるパラメータを記憶するパラメータ記憶部２４１と、当該アライメント装置２０に所定の動作を実行させるための制御プログラムや制御部２３に傾斜情報を算出させるためのアライメントプログラム等を記憶するプログラム記憶部２４２とを備える。パラメータ記憶部２４１には、例えば、顕微鏡装置１０において交換可能な対物レンズ１４０、１４１の各々の開口数及び倍率や、該倍率に基づく像倍率等のパラメータが記憶されている。
【００３７】
入力部２５は、キーボード、各種ボタン、各種スイッチ等の入力デバイスや、マウスやタッチパネル等のポインティングデバイス等により構成され、これらのデバイスに対する操作に応じた信号を制御部２３に入力する。
【００３８】
出力部２６は、画像取得部２１により取得された画像データに基づく画像や、制御部２３により算出された傾斜情報を、表示装置２７等の外部機器に出力する外部インタフェースである。
【００３９】
表示装置２７は、例えば、ＬＣＤ、ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等によって構成され、出力部２６から出力された画像や傾斜情報等を画面に表示する。
なお、実施の形態１においては、表示装置２７をアライメント装置２０の外部に設けているが、アライメント装置２０の内部に設けても良い。
【００４０】
このようなアライメント装置２０は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等の汎用の装置に、外部インタフェース（図示せず）を介して汎用のデジタルカメラを組み合わせることによって構成することができる。
【００４１】
次に、アライメント装置２０の動作について説明する。図５は、アライメント装置２０の動作を示すフローチャートである。
以下の説明においては、対物レンズ１４０の光軸ＬをＺ方向、該光軸Ｌと直交する面をＸＹ平面とし、該ＸＹ平面に対するステージ１３１の載置面１３１ａの傾斜情報を算出するものとする。また、各ステップの説明及び図面においては、Ｘ方向において生じている傾斜についてのみ言及するが、Ｙ方向において生じている傾斜についても同様の処理により算出することができる。
【００４２】
ステージ１３１の傾斜情報を算出する際には、被写体Ｓとして、透過型の光学評価用チャート（テストチャート）等のように平面性が保証された物体を用いることが好ましい。平面性が保証された被写体Ｓを用いることにより、被写体Ｓが写った画像に基づいて算出された傾斜情報を、そのまま、載置面１３１ａの傾斜情報として使用することができるからである。被写体Ｓとしてテストチャートを用いる場合、該チャートに形成されるパターンは特に限定されず、汎用のチャートを用いることができる。以下においては、一例として、図６に示すパターンが形成された被写体Ｓを用いるものとして説明する。
【００４３】
まず、ステップＳ１０において、アライメント装置２０は、画像取得部２１によりステージ１３１上に載置された被写体Ｓを撮像し、観察光学系１０４の視野Ｖに入る被写体Ｓの画像を取得する。この際、制御部２３は、レボルバ１４２に設けられたエンコーダの出力値を顕微鏡装置１０から受け取り、該エンコーダの出力値をもとに、使用中の対物レンズ１４０の開口数、倍率、及び該倍率に基づく像倍率等のパラメータを、パラメータ記憶部２４１から取得する。
【００４４】
続くステップＳ１１において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１０において取得された画像内から合焦領域を検出する。図７は、合焦領域検出部２３１が実行する合焦領域検出処理を示すフローチャートである。
【００４５】
図７に示すステップＳ１１１において、合焦領域検出部２３１は、対物レンズ１４０の開口数ＮＡ及び像倍率Ｂに基づいて、次式（１）によって与えられるカットオフ周波数Ｆｃを算出する。
【数１】
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式（１）において、符号λは被写体Ｓに照射される光の波長（例えば５５０ｎｍ）を示す。
【００４６】
続くステップＳ１１２において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１０において取得された視野Ｖの画像から、ステップＳ１１１において算出したカットオフ周波数Ｆｃよりも高い周波数成分を除去する。より詳細には、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１１１において算出したカットオフ周波数と、撮像部２１１に設けられた撮像素子２１１ａの画素ピッチとに基づき、ハミング（Hamming）窓等を用いて、公知の手法によりフィルタ設計を行う。そして、視野Ｖの画像に対してフーリエ変換を施すことにより周波数空間画像を生成し、この周波数空間画像に設計したフィルタを適用することにより、高周波成分をカットする。その後、該周波数空間画像にフーリエ逆変換を施すことにより、ノイズが除去された画像が得られる。
【００４７】
続くステップＳ１１３において、合焦領域検出部２３１は、高周波成分が除去された画像Ｍ１を、複数の小領域に分割する。図８は、視野Ｖが写った画像Ｍ１を１６個の小領域ｍ１〜ｍ１６に分割した例を示す模式図である。なお、画像Ｍ１の分割数は１６個に限定されない。分割数を多くするほど、傾斜情報の算出精度を向上させることができるが、演算量も増加するため、ハードウェアの演算速度や要求される精度等を考慮して、分割数を適宜決定すれば良い。
【００４８】
続くステップＳ１１４において、合焦領域検出部２３１は、各小領域ｍ１〜ｍ１６における合焦度を評価するための評価値を算出する。以下、この評価値のことを、画像評価値という。画像評価値としては公知の種々の評価値を用いることができ、実施の形態１においては、一例として、エッジ強度に基づく評価値を用いる。具体的には、合焦領域検出部２３１は、各小領域ｍ１〜ｍ１６にソーベル（Sobel）フィルタ処理を施すことにより、Ｘ方向及びＹ方向におけるエッジ（以下、横エッジ及び縦エッジともいう）を抽出する。図９は、一例として、図８に示す小領域ｍ３に対し、横エッジを抽出するソーベルフィルタＳｂxを適用して得られたエッジ画像ｍ３（ｘ）と、縦エッジを抽出するソーベルフィルタＳｂyを適用して得られたエッジ画像ｍ３（ｙ）とを示す模式図である。
【００４９】
合焦領域検出部２３１は、各小領域ｍ１〜ｍ１６に対し、エッジ画像内の画素値（即ち、エッジ強度）を当該エッジ画像内の画素値の最大値で正規化する。例えば、ある小領域のＸ方向におけるエッジ画像内の画素ｐn（ｎ＝１〜Ｎ、Ｎは当該エッジ画像の画素数）の画素値（エッジ強度）をＥｘ（ｐn）、当該エッジ画像内の画素値の最大値をＥｘmaxとすると、正規化後の画素ｐnの画素値Ｅｘ（ｐn）’は次式（２）によって与えられる。
Ｅｘ（ｐn）’＝Ｅｘ（ｐn）／Ｅｘmax  …（２）
【００５０】
そして、この正規化後の画素値Ｅｘ（ｐn）’の平均値を、次式（３）で与えられる画像評価値ＥＸとする。
【数２】
2015102694.tif 000004
【００５１】
当該小領域のＹ方向における画像評価値ＥＹも、Ｙ方向におけるエッジ画像の画素値を用いて、同様にして算出される。
なお、エッジの抽出方法は、上述したソーベルフィルタを用いる方法に限定されず、ＬＯＧフィルタ等、公知のエッジ抽出フィルタを用いても良い。また、画像評価値の算出方法についても、式（３）に示す方法に限定されない。
【００５２】
続くステップＳ１１５において、合焦領域検出部２３１は、ステップＳ１１４において算出した各小領域ｍ１〜ｍ１６のＸ方向及びＹ方向における画像評価値ＥＸ、ＥＹに基づいて、合焦領域を選択する。
【００５３】
図１０は、合焦領域の選択方法を説明するための模式図である。図１０に示す画像Ｍ１の下方に示すグラフは、一例として、画像Ｍ１の上から２行目の小領域ｍ５〜ｍ８（太枠で囲んだ部分）のＸ方向における画像評価値ＥＸを示す。なお、当該グラフにプロットした点のＸ座標は、各小領域ｍ５〜ｍ８の中心座標である。また、画像Ｍ１の右方に示すグラフは、一例として、画像Ｍ１の左から３列目の小領域ｍ３、ｍ７、ｍ１１、ｍ１５（太枠で囲んだ部分）のＹ方向における画像評価値ＥＹを示す。なお、当該グラフにプロットした点のＹ座標は、各小領域ｍ３、ｍ７、ｍ１１、ｍ１５の中心座標である。
【００５４】
合焦領域検出部２３１は、図１０に例示する画像評価値ＥＸ、ＥＹのグラフを、小領域ｍ１〜ｍ１６の行ごと、列ごとに作成し、画像評価値ＥＸ、ＥＹを閾値Ｔｘ、Ｔｙとそれぞれ比較する。ここで、Ｘ方向の閾値Ｔｘは、画像Ｍ１内の全画素のＸ方向におけるエッジ強度（エッジ画像の画素値）の平均値または標準偏差をもとに設定される。同様に、Ｙ方向の閾値Ｔｙは、画像Ｍ１内の全画素のＹ方向におけるエッジ強度（エッジ画像の画素値）の平均値または標準偏差をもとに設定される。
【００５５】
合焦領域検出部２３１は、画像評価値ＥＸが閾値Ｔｘよりも大きく、且つ画像評価値ＥＹが閾値Ｔｙよりも大きい小領域を、合焦領域として選択する。例えば、図１０の場合、小領域ｍ７の画像評価値ＥＸ、ＥＹが、閾値Ｔｘ、Ｔｙよりもそれぞれ大きいので、合焦領域として選択される。
【００５６】
このような評価の結果、以下においては図１１に示すように、画像Ｍ１のうち、左から２列目及び３列目に含まれる小領域ｍ２、ｍ３、ｍ６、ｍ７、ｍ１０、ｍ１１、ｍ１４、ｍ１５が、合焦領域として検出されたものとして説明する。
合焦領域の検出後、アライメント装置２０の動作はメインルーチンに戻る。
【００５７】
ステップＳ１１に続くステップＳ１２において、制御部２３は、画像Ｍ１を分割した全ての小領域ｍ１〜ｍ１６が合焦領域であったか否かを判定する。全ての小領域ｍ１〜ｍ１６が合焦領域であった場合（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、アライメント装置２０は、被写体Ｓ、即ち、ステージ１３１の載置面１３１ａはＸＹ平面に平行（光軸Ｌと直交）になっているものと判断し、動作を終了する。
【００５８】
一方、小領域ｍ１〜ｍ１６のいずれかが合焦領域でなかった場合（ステップＳ１２：Ｎｏ）、傾斜情報算出部２３２は、パラメータ記憶部２４１から各種パラメータを読み出し、ステップＳ１１において検出された合焦領域の位置及び幅を用いて、被写体Ｓ（載置面１３１ａ）の傾斜情報を算出する（ステップＳ１３）。図１２は、傾斜情報算出部２３２が実行する傾斜情報算出処理を示すフローチャートである。また、図１３〜図１９は、傾斜情報算出処理を説明するための模式図である。
【００５９】
このうち、図１３（ａ）は、対物レンズ１４０と被写体Ｓとの位置関係をＸＺ平面において示し、図１３（ｂ）は、当該位置関係の場合に対物レンズ１４０の視野に入る被写体Ｓの画像Ｍ１をＸＹ平面において示している。図１４〜図１８についても同様である。なお、図１３〜図１８においては、理解を容易にするために、被写体Ｓを厚みのない平面とみなして該被写体Ｓ及び視野Ｖを図示している。
【００６０】
また、図１３（ａ）に示すように、以下においては、観察光学系１０４（対物レンズ１４０）の視野サイズをＦｏｖ（μｍ）、被写界深度をＤＯＦ（μｍ）、観察光学系１０４の合焦面と被写体Ｓとのなす角度を傾斜角度α、視野Ｖに含まれる被写体Ｓの領域に生じている傾斜の高さをｚ（μｍ）、視野サイズＦｏｖに対応する画像Ｍ１のサイズ（画像サイズ）をＷimage（pixel）、画像Ｍ１内の合焦領域Ｒfocus1のＸ方向及びＹ方向における幅をそれぞれＷx（pixel）、ＷY（pixel）とする。このうち、顕微鏡装置１０及び撮像部２１１のスペックに依存するパラメータ（視野サイズＦｏｖ、被写界深度ＤＯＦ、画像サイズＷimage）は、パラメータ記憶部２４１に予め記憶されており、必要に応じて読み出される。
【００６１】
まず、ステップＳ１３１において、傾斜情報算出部２３２は、ステップＳ１１において検出された合焦領域Ｒfocus1の位置から、被写体Ｓの傾斜方向を特定する。ここで、図１３に示すように、ＸＺ平面における被写体Ｓの傾斜方向は、右上がり（図１３（ａ））及び右下がり（図１４（ａ））の２方向が考えられる。
【００６２】
また、対物レンズ１４０の被写界深度ＤＯＦは、合焦面を中心とするＺ方向の所定の範囲である。視野Ｖのうち、この被写界深度ＤＯＦに含まれる領域Ｒ０が、画像Ｍ１の合焦領域として検出される。このため、図１３（ａ）及び図１４（ａ）に示す方向のいずれに被写体Ｓが傾斜していたとしても、画像Ｍ１においては同一の領域（小領域）が合焦領域Ｒfocus1として検出される。
【００６３】
そこで、傾斜情報算出部２３２は、撮像制御部２２から顕微鏡装置１０に制御信号を送信させ、対物レンズ１４０と被写体ＳとのＺ方向における距離を僅かに変化させる。例えば、対物レンズ１４０を下方（マイナスＺ方向）に移動させる、或いはステージ１３１を上方（プラスＺ方向）に移動させることにより対物レンズ１４０と被写体Ｓとを近づけた場合、図１５に示すように、被写体Ｓが右上がりに傾斜していれば、画像Ｍ１における合焦領域Ｒfocus1は図の左方（マイナスＸ方向）に移動する。一方、図１６に示すように、被写体Ｓが右下がりに傾斜していれば、画像Ｍ１における合焦領域Ｒfocus1は図の右方（プラスＸ方向）に移動する。
【００６４】
また、例えば、対物レンズ１４０を上方（プラスＺ方向）に移動させる、或いはステージ１３１を下方（マイナスＺ方向）に移動させることにより対物レンズ１４０と被写体Ｓとを遠ざけた場合、図１７に示すように、被写体Ｓが右上がりに傾斜していれば、画像Ｍ１における合焦領域Ｒfocus1は図の右方（プラスＸ方向）に移動する。一方、図１８に示すように、被写体Ｓが右下がりに傾斜していれば、画像Ｍ１における合焦領域Ｒfocus1は図の左方（マイナスＸ方向）に移動する。
【００６５】
対物レンズ１４０と被写体Ｓとの間の距離を変化させた際の合焦領域Ｒfocus1の検出は、ステップＳ１１と同様に行えば良い。傾斜情報算出部２３２は、相対的な距離を変化させる前後の合焦領域Ｒfocus1の位置を比較することにより、合焦領域Ｒfocus1の移動方向を取得し、該移動方向に基づいて被写体Ｓの傾斜方向を特定する。なお、傾斜方向を特定した後は、対物レンズ１４０と被写体Ｓとの間の距離をもとに戻しても良い。
【００６６】
傾斜情報算出部２３２は、同様にして、ＹＺ平面における被写体Ｓの傾斜方向を特定する。なお、図１１に示すように、画像Ｍ１から検出された合焦領域Ｒfocus1がＹ方向全体に分布している場合、Ｙ方向については傾斜なしと判断しても良い。
【００６７】
続くステップＳ１３２において、傾斜情報算出部２３２は、ステップＳ１１において検出された合焦領域の幅ＷX、ＷYから、被写体ＳのＸ方向及びＹ方向における傾斜角度αをそれぞれ算出する。より詳細には、傾斜情報算出部２３２は、図１３（ｂ）に示す合焦領域Ｒfocus1の幅ＷXを次式（４）の幅ＷFocalに代入することにより、視野Ｖに生じているＸ方向の傾斜量ｚ（Ｘ方向における視野Ｖの一端と他端との間のＺ座標の差分）を算出する。
【数３】
2015102694.tif 000005
【００６８】
続いて、この傾斜量ｚを次式（５）に代入することにより、被写体ＳのＸ方向における傾斜角度αを算出する。
【数４】
2015102694.tif 000006
【００６９】
同様にして、傾斜情報算出部２３２は、合焦領域Ｒfocus1の幅ＷYを式（４）の幅ＷFocalに代入することにより、視野Ｖに生じているＹ方向の傾斜量ｚを算出し、この傾斜量ｚを式（５）に代入することにより、被写体ＳのＹ方向における傾斜角度αを算出する。
【００７０】
続くステップＳ１３３において、傾斜情報算出部２３２は、合焦領域Ｒfocus1の位置及び幅から、傾斜支点のずれ量を算出する。ここで、傾斜支点とは合焦領域Ｒfocus1の中心位置であり、被写体Ｓと合焦面とが交差する点に対応する。より詳細には、傾斜情報算出部２３２は、図１９に示すように、合焦領域Ｒfocus1の中心点Ｐfocus1及び画像Ｍ１の中心点ＰM1を検出し、これらの中心点Ｐfocus1、ＰM1間の距離ｄをピクセル単位で算出する。そして、傾斜情報算出部２３２は、合焦領域Ｒfocus1の中心点Ｐfocus1が画像Ｍ１の中心点ＰM1よりもプラスＸ方向（又はプラスＹ方向）側に存在する場合、距離ｄの符号をプラスとし、マイナスＸ方向（又はマイナスＹ方向）側に存在する場合、距離ｄの符号をマイナスとする。この符号付きの距離ｄを、傾斜支点のずれ量とする。
【００７１】
続くステップＳ１３４において、傾斜情報算出部２３２は、ステップＳ１３１〜Ｓ１３３において取得した傾斜情報、即ち、傾斜方向、傾斜角度、及び傾斜支点のずれ量を、傾斜情報としてパラメータ記憶部２４１に記憶させる。
その後、アライメント装置２０の動作はメインルーチンに戻る。
【００７２】
ステップＳ１３に続くステップＳ１４において、制御部２３は、ステップＳ１３において取得した傾斜情報を出力し、表示装置２７に表示させる。傾斜情報の具体的な表示例としては、例えば、図２０に示す傾斜特性マップが挙げられる。図２０に示す傾斜特性マップは、ステップＳ１３４において記憶された傾斜情報に基づき、観察光学系１０４の視野Ｖに入る被写体Ｓ上の各ＸＹ座標における傾斜（合焦面からのずれ）をマッピングしたグラフである。ユーザは、このような傾斜特性マップ等を参照しながら、顕微鏡装置１０に設けられた調節つまみ１５１を操作することにより、ステージ１３１の傾斜を調整する。
その後、アライメント装置２０の動作は終了する。
【００７３】
以上説明したように、実施の形態１によれば、顕微鏡装置１０において被写体Ｓを写した画像Ｍ１のみから、対物レンズ１４０と被写体Ｓとの間における傾斜情報を取得することができる。即ち、アライメントのための専用機構を顕微鏡装置１０に設けることなく、簡素な装置構成で、詳細且つ精度の良い傾斜情報を取得することができる。従って、該傾斜情報に基づいてステージ１３１の傾斜を調整することで、高品質な顕微鏡画像を取得することが可能となる。
【００７４】
また、実施の形態１によれば、傾斜特性マップ等の詳細な傾斜情報を表示装置２７に表示するので、ユーザは、調整方向や調整角度を迷うことなく、ステージ１３１の傾斜調整を行うことができる。
【００７５】
（変形例１）
次に、本発明の実施の形態１の変形例１について説明する。
図５に示すステップＳ１１における合焦領域検出処理は、上述した処理に限定されない。例えば、工場出荷時のように、対物レンズ１４０とステージ１３１との間に傾斜が生じていない状態が保証されているときに被写体Ｓを撮像することにより、基準となる画像（以下、単に基準画像という）を取得し、該顕微鏡システム１の使用時に、同じ被写体Ｓを写した画像と基準画像とを比較することによって合焦領域を検出しても良い。
【００７６】
図２１は、本変形例１における合焦領域検出処理を示すフローチャートである。なお、パラメータ記憶部２４１には、工場出荷時に被写体Ｓを撮像することにより取得した基準画像の画像データが予め記憶されているものとする。
【００７７】
まず、ステップＳ１２１において、合焦領域検出部２３１は、パラメータ記憶部２４１に記憶されている画像データをもとに、基準画像を取得する。この際、合焦領域検出部２３１は、顕微鏡装置１０における撮像倍率をもとに基準画像を拡大又は縮小することにより、ステップＳ１０において取得した観察中の画像（以下、観察画像という）に対して、基準画像のサイズを合わせる。
【００７８】
続くステップＳ１２２において、合焦領域検出部２３１は、観察画像と基準画像との間で位置合わせを行い、視野の位置を合わせる。なお、位置合わせの手法としては、位相限定相関法等、公知の手法を用いることができる。
【００７９】
ステップＳ１２３において、合焦領域検出部２３１は、図２２に示すように、観察画像Ｍ１及び基準画像Ｍbaseの各々を複数の小領域に分割する。例えば、図２２においては、観察画像Ｍ１及び基準画像Ｍbaseを、それぞれ、１６個の小領域ｍ１〜ｍ１６、ｍ１’〜ｍ１６’に分割している。
【００８０】
ステップＳ１２４において、合焦領域検出部２３１は、各小領域ｍ１〜ｍ１６、ｍ１’〜ｍ１６’の合焦度を評価するための画像評価値を算出する。画像評価値の算出方法は、実施の形態１と同様である（図７のステップＳ１１４参照）。
【００８１】
ステップＳ１２５において、合焦領域検出部２３１は、観察画像Ｍ１と基準画像Ｍbas
eとの間で対応する小領域（小領域ｍ１とｍ１’、小領域ｍ２とｍ２’、…）の画像評価値同士を比較し、該比較の結果に基づいて合焦領域を選択する。詳細には、合焦領域検出部２３１は、対応する小領域の間で画像評価値の差分を算出すると共に、この差分の全小領域における平均値を算出する。そして、画像評価値の差分が差分の平均値以下となる小領域を、合焦領域として選択する。
【００８２】
（実施の形態２）
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
図２３は、実施の形態２に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図２３に示すように、実施の形態２に係る顕微鏡システム２は、顕微鏡装置１０及びアライメント装置３０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は、実施の形態１と同様である（図２参照）。
【００８３】
アライメント装置３０は、図１に示すアライメント装置２０に対し、傾斜調整制御部３１をさらに備える。傾斜調整制御部３１以外のアライメント装置３０の各部の構成及び動作は、実施の形態１と同様である（図１参照）。
【００８４】
傾斜調整制御部３１は、傾斜情報算出部２３２により算出された傾斜情報に基づいて、顕微鏡装置１０に設けられた調節つまみ駆動部１５２に制御信号を出力し、ステージ１３１の傾斜を調整させる。
【００８５】
次に、アライメント装置３０の動作について説明する。図２４は、アライメント装置３０の動作を示すフローチャートである。なお、図２４に示すステップＳ１０〜Ｓ１４は、実施の形態１と同様である（図５参照）。
【００８６】
ステップＳ１４に続くステップＳ１５において、傾斜調整制御部３１は、傾斜情報算出部２３２により算出された傾斜情報（傾斜方向、傾斜角度、傾斜支点のずれ量）をパラメータ記憶部２４１から読み出し、該傾斜情報に基づく制御信号を生成して顕微鏡装置１０に出力することにより、ステージ１３１の傾斜を調整する。
【００８７】
より詳細には、傾斜調整制御部３１は、まず、視野Ｖの中心位置における被写体Ｓの傾斜方向及び傾斜角度を調整する。例えば、図１３（ａ）に示すように、被写体Ｓが合焦面に対して右上がりの場合、調節つまみ駆動部１５２（図２参照）に制御信号を出力し、ＸＺ面内においてステージ１３１を該ステージ１３１の中心（光軸Ｌが通る位置。以下、ステージ中心という）に対して時計回りに回転させる。反対に、図１４（ａ）に示すように、被写体Ｓが合焦面に対して右下がりの場合、調節つまみ駆動部１５２に制御信号を出力し、ＸＺ面内においてステージ１３１をステージ中心に対して反時計回りに回転させる。
【００８８】
続いて、傾斜調整制御部３１は、傾斜支点のずれ量に基づき、該ずれ量の符号と反対方向に、ずれ量の分だけステージ１３１を移動させる。例えば、Ｘ方向におけるずれ量の符号がプラスである場合、ステージ駆動部１３２に制御信号を出力し、ステージ１３１をマイナスＸ方向に移動させる。これにより、傾斜支点が観察光学系１０４の視野中心（即ち、光軸Ｌが通る位置）と一致し、適切な視野の合焦画像を取得することができるようになる。
なお、Ｙ方向における調整方法も同様である。
【００８９】
以上説明したように、実施の形態２によれば、傾斜情報算出部２３２が算出した傾斜情報に基づいて、ステージ１３１の傾斜を容易且つ正確に調整することができる。従って、顕微鏡システム２において、高品質な顕微鏡観察画像を取得することが可能となる。
【００９０】
（変形例２）
次に、本発明の実施の形態２の変形例２について説明する。
上記実施の形態１及び実施の形態２においては、観察光学系１０４側を固定し、ステージ１３１側を調整することにより、観察光学系１０４の合焦面と被写体Ｓとの間に生じている傾斜を補正した。しかしながら、ステージ１３１側を固定し、観察光学系１０４側を調整することにより、両者間に生じている傾斜を補正しても良い。この場合、観察光学系１０４の傾斜を一体的に調整する傾斜調整機構を顕微鏡装置１０に設けると良い。
【００９１】
調整を行う際には、被写体Ｓが合焦面に対して右上がりの場合（図１３（ａ）参照）、ＸＺ面内において観察光学系１０４をイメージャ中心に対して反時計回りに回転させる。反対に、被写体Ｓが合焦面に対して右下がりの場合（図１４（ａ）参照）、ＸＺ面内において観察光学系１０４をイメージャ中心に対して時計回りとなるように回転させる。観察光学系１０４の傾斜の調整は、実施の形態１と同様にユーザが手動で行っても良いし、実施の形態２と同様に、傾斜調整機構に対する電気的な制御により自動で行っても良い。また、Ｙ方向における調整方法も同様である。
【００９２】
（実施の形態３）
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
図２５は、本発明の実施の形態３に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図２５に示すように、実施の形態３に係る顕微鏡システム３は、顕微鏡装置１０及びアライメント装置４０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は実施の形態１と同様である（図２参照）。
【００９３】
アライメント装置４０は、実施の形態２に係るアライメント装置３０における制御部２３の代わりに制御部４１を備える。制御部４１以外のアライメント装置４０の各部の構成及び動作は、実施の形態２と同様である（図２３参照）。
【００９４】
制御部４１は、図２３に示す制御部２３に対し、視野移動判定部４１１をさらに備える。視野移動判定部４１１は、合焦領域検出部２３１による合焦領域の検出結果に基づき、視野Ｖを移動させて再度撮像を行うべきか否かを判定する。なお、合焦領域検出部２３１及び傾斜情報算出部２３２の動作は、実施の形態２と同様である。
【００９５】
次に、アライメント装置４０の動作について説明する。図２６は、アライメント装置４０の動作を示すフローチャートである。なお、図２６に示すステップＳ１０及びＳ１１は、実施の形態１と同様である。また、以下においては、ステップＳ１０において、図２７に示す画像Ｍ２が取得されたものとして説明する。図２７は、視野Ｖ（図６参照）に入る被写体Ｓの領域が写った画像Ｍ２を複数の小領域に分割した状態を示している（図７のステップＳ１１３参照）。
【００９６】
ステップＳ１１に続くステップＳ３１において、視野移動判定部４１１は、ステップＳ１１における合焦領域の検出結果から、画像Ｍ２内を合焦領域と非合焦領域とに分類し、この分類結果に基づいて、被写体Ｓに対する観察光学系１０４の視野移動が必要であるか否かを判定する。
【００９７】
図２８は、視野移動判定部４１１が実行する視野移動要否の判定処理を示すフローチャートである。また、図２９〜図３１は、視野移動要否の判定処理を説明するための模式図である。
【００９８】
まず、ステップＳ３１１において、視野移動判定部４１１は、画像Ｍ２のＸ方向における非合焦領域の位置を判定する。より詳細には、視野移動判定部４１１は、図２７に示すように、合焦領域検出部２３１により算出された各小領域の画像評価値ＥＸから、小領域の行ごとに、Ｘ方向における画像評価値分布グラフを作成する。そして、この画像評価値分布グラフと閾値Ｔｘとの交点を求める。なお、図２７に示す画像評価値ＥＸのグラフは、画像Ｍ２の上から２行目の小領域における画像評価値ＥＸの分布を示している。
【００９９】
視野移動判定部４１１は、交点の数がゼロまたは偶数個である場合、画像Ｍ２の左右両端に非合焦領域が位置しているものと判定する。反対に、図２７の２行目のように、交点の数が奇数個（例えば１個）である場合、画像Ｍ２の片側にのみ非合焦領域が位置しているものと判定する。
【０１００】
続くステップＳ３１２において、視野移動判定部４１１は、ステップＳ３１１と同様にして、画像Ｍ２のＹ方向における非合焦領域の位置を判定する。即ち、小領域の列ごとに画像評価値分布グラフを作成し、該グラフと閾値Ｔｙとの交点の数に基づいて、非合焦領域の位置を判定する。なお、図２７に示す画像評価値ＥＹのグラフは、画像Ｍ２の左から３列目の小領域における画像評価値ＥＹの分布を示している。
【０１０１】
その結果、画像Ｍ２の場合、図２９に示すように、非合焦領域Ｒnon-focus2がマイナスＸ方向の端部にのみ位置しており、合焦領域Ｒfocus2がプラスＸ方向の端部に偏っていることがわかる。なお、非合焦領域の位置の判定方法は、上述した方法に限定されず、小領域の行ごと又は列ごとに、非合焦領域が合焦領域を挟むように位置しているか否かが検出できれば良い。
【０１０２】
ステップＳ３１３において、視野移動判定部４１１は、ステップＳ３１１及びＳ３１２において判定された非合焦領域の位置から、視野移動の要否を判定する。具体的には、画像Ｍ２のＸ方向及びＹ方向の各々において、非合焦領域が片側にのみ位置している場合、視野移動が必要と判定し、非合焦領域が両側に位置している場合、又は非合焦領域が存在していない場合、視野移動は不要と判定する。例えば、図２９に示す画像Ｍ２の場合、Ｘ方向については、非合焦領域Ｒnon-focus2が左端側にのみ位置しているため、Ｘ方向における視野移動が必要と判定する。一方、Ｙ方向については、非合焦領域が存在しない（接点＝ゼロ）ので、視野移動は不要と判定する。このような視野移動の要否は、小領域の行ごと、列ごとに判定することとし、非合焦領域が片側にしか存在しない小領域の行又は列が１つでもあれば、視野移動が必要と判定する。また、視野移動判定部４１１は、視野移動が必要と判定した場合に、各小領域の画像評価値ＥＸ、ＥＹをパラメータ記憶部２４１に記憶させる。
【０１０３】
ステップＳ３１における判定の結果、Ｘ方向及びＹ方向のいずれにも視野移動が不要であった場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、アライメント装置４０の動作はステップＳ１３に移行する。
【０１０４】
一方、ステップＳ３１における判定の結果、視野移動が必要であった場合（ステップＳ３２：Ｙｅｓ）、顕微鏡システム３は、被写体Ｓに対する観察光学系１０４の視野Ｖを相対的に移動させる（ステップＳ３３）。より詳細には、視野移動判定部４１１は、パラメータ記憶部２４１に記憶させた各小領域の画像評価値ＥＸ、ＥＹに基づき、視野Ｖの相対的な移動方向を、非合焦領域が位置している方向とは反対方向に決定する。これに応じて、撮像制御部２２は、視野Ｖの相対的な移動方向を示す制御信号をステージ駆動部１３２（図２参照）に出力する。ステージ駆動部１３２はこの制御信号に従ってステージ１３１をＸＹ面内において移動させることにより、視野Ｖを相対的に変化させる。例えば図２９に示す画像Ｍ２の場合、非合焦領域Ｒnon-focus2はマイナスＸ方向の端部のみに存在するので、視野ＶをプラスＸ方向に移動させる。この場合、実際には、顕微鏡装置１０において、被写体Ｓが載置されたステージ１３１をマイナスＸ方向に移動させる。
その後、アライメント装置４０の動作は、ステップＳ１０に移行する。
【０１０５】
アライメント装置４０は、このようなステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ３１〜Ｓ３３を、視野移動は不要と判定されるまで（ステップＳ３２：Ｎｏ）、即ち、視野Ｖの移動後に取得された画像から非合焦領域が検出されるまで繰り返す。なお、Ｘ方向及びＹ方向の両方に視野を移動すべきと判定された場合には、まず、Ｘ方向に視野Ｖを移動させてステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ３１〜Ｓ３３を繰り返し、Ｘ方向における視野移動は不要と判断された後で最初の視野位置に戻り、そこからＹ方向に視野Ｖを移動させて、これらのステップＳ１０、Ｓ１１、Ｓ３１〜Ｓ３３を繰り返す。
【０１０６】
ここで、２巡目以降のステップＳ３１においては、それまでに取得された画像について算出された画像評価値ＥＸ、ＥＹを含めて、さらなる視野移動の要否が判定される。例えば、１巡目のステップＳ１０において図６に示す視野Ｖが写った画像Ｍ２が取得され（図２９参照）、合焦領域の検出結果に基づいて視野をプラスＸ方向に移動させることになった場合、２巡目のステップＳ１０においては、被写体Ｓのうち、該視野Ｖに隣接する領域の画像Ｍ３（図３０参照）が取得される。この画像Ｍ３に対する合焦領域の検出処理により（ステップＳ１１参照）、合焦領域Ｒfocus3及び非合焦領域Ｒnon-focus3が検出された後、続くステップＳ３１においては、図３１に示すように、画像Ｍ２、Ｍ３について算出された画像評価値ＥＸに基づいて判定が行われる。
【０１０７】
例えば、図３１に示す画像評価値ＥＸのグラフは、画像Ｍ２、Ｍ３の上から３行目に含まれる８個の小領域における画像評価値ＥＸの分布を示している。このグラフと閾値Ｔｘとの交点の数は偶数（２個）なので、さらなる視野移動は不要と判定される。Ｙ方向についても同様に、Ｙ方向への視野移動により取得された全ての画像の画像評価値ＥＹのグラフから、さらなる視野移動の要否が判定される。
【０１０８】
ステップＳ３２において視野移動は不要と判定された場合（ステップＳ３２：Ｎｏ）、続くステップＳ１３における処理は実施の形態１と同様である。ただし、視野を移動させて複数の画像を取得した場合には、取得した全ての画像に関する情報を用いて傾斜情報が算出される。例えば、図３０に示すように、視野をＸ方向に移動させて２つの画像Ｍ２、Ｍ３を取得した場合には、画像Ｍ２、Ｍ３を含む全体の領域を画像サイズとし、画像Ｍ２、Ｍ３から検出された合焦領域Ｒfocus2、Ｒfocus3を合わせた領域を最終的な合焦領域として、傾斜角度及び傾斜支点が算出される。具体的には、式（４）における画像サイズＷimageとして２つ分の画像サイズＷ(M2,M3)が適用され、合焦領域の幅ＷFocalとして合焦領域Ｒfocus2、Ｒfocus3の合計幅Ｗf(M2,M3)が適用される。
【０１０９】
その後のステップＳ１４、Ｓ１５は、実施の形態２と同様である。ステップＳ１５を実行せずに、ステップＳ１４において表示された傾斜情報を参照して、ユーザが手動でステージ１３１の傾斜を調整することとしても良い。
【０１１０】
以上説明したように、実施の形態３によれば、片ボケのように、１つの視野の片側にのみ非合焦領域が存在するために、合焦領域の幅を特定することができない場合であっても、視野を移動させて撮像を行うことにより、合焦領域の全体像を把握して、画像のみから対物レンズ１４０と被写体との間の傾斜情報を算出することができる。また、実施の形態３によれば、画像内の各小領域の画像評価値の分布から、非合焦領域が存在する方向を精度良く推定することができるので、視野を移動すべき方向を特定して確実且つ効率良く傾斜情報を算出することができる。
【０１１１】
（実施の形態４）
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
図３２は、本発明の実施の形態４に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図３２に示すように、実施の形態４に係る顕微鏡システム４は、顕微鏡装置１０及びアライメント装置５０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は実施の形態１と同様である（図２参照）。
【０１１２】
アライメント装置５０は、実施の形態２に係るアライメント装置３０における制御部２３の代わりに、制御部５１を備える。制御部５１以外のアライメント装置５０の各部の構成及び動作は、実施の形態２と同様である。
【０１１３】
制御部５１は、領域分類部５１１及び非合焦領域探索判定部５１２を含む合焦領域検出部５１０を備える。
領域分類部５１１は、視野Ｖ（図６参照）に入る被写体Ｓが写った画像を複数の小領域に分割し、各領域が合焦領域であるか否かを判定することにより、画像内を合焦領域と非合焦領域とに分類する。
【０１１４】
非合焦領域探索判定部５１２は、領域分類部５１１による分類結果に基づいて、被写体Ｓに対する視野Ｖを移動させて再撮像を行う必要があるか否かを判定するとともに、視野Ｖを移動させる際の移動方向を決定する。
【０１１５】
次に、アライメント装置５０の動作について説明する。図３３は、アライメント装置５０の動作を示すフローチャートである。なお、図３３に示すステップＳ１０は、実施の形態１と同様である。
【０１１６】
ステップＳ１０に続くステップＳ４１において、合焦領域検出部５１０は、ステップＳ１０において取得された画像内を合焦領域と非合焦領域とに分類する。図３４は、合焦領域検出部５１０が実行する合焦領域検出処理を示すフローチャートである。なお、図３４に示すステップＳ１１１〜Ｓ１１４は、実施の形態１と同様である（図７参照）。また、図３５は、合焦領域検出処理を説明するための模式図である。以下においては、ステップＳ１０において図３５に示す画像Ｍ４が取得されたものとして説明する。図３５は、視野Ｖ（図６参照）に入る被写体Ｓの領域が写った画像Ｍ４を複数の小領域に分割した状態を示している（ステップＳ１１３参照）。
【０１１７】
ステップＳ１１４に続くステップＳ１１５において、領域分類部５１１は、ステップＳ１１４において算出された画像評価値に基づいて、各小領域を合焦領域と非合焦領域とに分類する。例えば、図３５に示す画像Ｍ４の場合、画像Ｍ４を分割した各小領域ｍi（ｉは２以上の自然数）に対して算出された画像評価値を所定の閾値と比較し、画像評価値が該閾値以上である小領域ｍiを合焦領域Ｒfocus4、画像評価値が該閾値よりも小さい小領域ｍiを非合焦領域Ｒnon-focus4として分類する。なお、閾値の決定方法は、実施の形態１と同様である。
【０１１８】
続いて、領域分類部５１１は、各小領域ｍiに、領域識別のためのラベルを付与する。それにより、各小領域ｍiに含まれる全画素に共通のラベルが付与される。各小領域ｍiには、合焦領域又は非合焦領域ごとに、連続する番号が順次割り当てられる。例えば、図３５に示す画像Ｍ４においては、第１列目の小領域ｍiが非合焦領域に分類されているため、これらの小領域ｍiには、非合焦領域であることを示す非合焦領域ラベルＤj（ｊ＝１、２、…）が付与される。一方、第２〜４列目の小領域ｍiが合焦領域に分類されているため、これらの小領域ｍiには、合焦領域であることを示す合焦領域ラベルＦk（ｋ＝１、２、…）が付与される。
【０１１９】
続くステップＳ４２において、非合焦領域探索判定部５１２は、非合焦領域の追加探索の要否を判定する。図３６は、非合焦領域探索判定部５１２が実行する非合焦領域探索判定処理を示すフローチャートである。また、図３７〜図４３は、非合焦領域探索判定処理を説明するための模式図である。
【０１２０】
まず、ステップＳ４２１において、非合焦領域探索判定部５１２は、それまでに被写体Ｓに対して撮像が行われた回数を示す撮像回数ラベルを取得する。１巡目の処理においては、撮像回数ラベルは１となる。
【０１２１】
続くステップＳ４２２において、非合焦領域探索判定部５１２は、非合焦領域ラベルＤjが付与された領域（以下、Ｄj領域という）に対して、隣接する領域との連結性を判定し、連結性のある複数の領域を統合することにより、連結非合焦領域を生成する。この際、非合焦領域探索判定部５１２は、図３７に示すように、画像内の小領域及び各小領域内の画素に対してラスタ順に連結条件の判定を行う。即ち、画像Ｍ４内では、左上のＤj領域から右に向かって判定を行い、１行目の判定が終了すると、１行下の左端のＤj領域を判定対象とし、再び、左から右に向かって判定を行う。また、各Ｄj領域内では、左上の画素から右に向かって判定を行い、１行目の判定が終了すると、１行下の左端の画素を判定対象とし、再び、左から右に向かって判定を行う。例えば、図３８（ａ）に示すＤ1領域内の４隅の画素ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１に対する判定は、画素ａ１→画素ｂ１→画素ｃ１→画素ｄ１の順に行われる。
【０１２２】
Ｄj領域の連結性は、各Ｄj領域内の４隅の画素の連結性に基づいて判定される。非合焦領域探索判定部５１２は、まず、図３８（ａ）に示すように、Ｄ1領域内の４隅の画素ａ１、ｂ１、ｃ１、ｄ１の各々について、近傍画素（周囲画素）が非合焦領域内の画素であるか否かを判定する。例えば、画素ａ１の近傍画素はいずれもＤ１領域内に位置するので、他の非合焦領域との連結性はないと判定される。また、画素ｂ１の近傍画素は、Ｄ1領域内又は隣接する合焦領域（Ｆ1領域）内に位置するので、他の非合焦領域との連結性がないと判定される。一方、画素ｃ１の場合、４つの近傍画素ｐ１１、ｐ１２、ｐ１３、ｐ１４のうち、近傍画素ｐ１３がＤ2領域に含まれるため、Ｄ1領域とＤ2領域との間に連結性があると判定される。
【０１２３】
このように、連結性があると判定された時点で、Ｄ1領域に対する判定処理は終了する。即ち、残る画素ｄ１に対する判定はスキップされる。そして、連結性があると判定されたＤ1領域及びＤ2領域に、同じ連結非合焦ラベルＣn（ｎ＝１、２、…）が付与される。この際、処理対象の領域（Ｄ1領域）に対する連結相手の領域（Ｄ2領域）に、既に連結非合焦ラベルＣnが付与されていた場合には、当該連結相手の連結非合焦ラベルＣnが処理対象の領域に付与される。一方、連結相手の領域に未だ連結非合焦ラベルＣnが付与されていない場合には、新たな連結非合焦ラベルＣnが設定される。例えば図３８（ａ）の場合、連結相手であるＤ2領域には未だ連結非合焦ラベルＣnが付与されていないので、Ｄ1領域及びＤ2領域に連結非合焦ラベルの初期値Ｃ1が付与される（図３８（ｂ）参照）。なお、連結非合焦ラベルＣnの初期設定値はＣ0であり、ラベル番号ｎは、新たに連結性があると判定された場合、それまでに取得された連結非合焦ラベルＣnの最大ラベル番号＋１に設定される。
【０１２４】
続く処理対象であるＤ2領域についても、同様にして判定が行われる。ここで、図３８（ｃ）に示すように、画素ａ２の近傍画素ｐ１５はＤ1領域内に位置するが、既に自身（Ｄ2領域）と連結されているので、処理はスキップされる。画素ｂ２についても同様である。一方、画素ｃ２は、４つの近傍画素ｐ２１、ｐ２２、ｐ２３、ｐ２４のうち、近傍画素ｐ２３がＤ3領域に含まれるため、Ｄ2領域とＤ3領域との間に連結性があると判定される。この場合、Ｄ3領域にＤ2領域と同じ連結非合焦ラベルＣ1が付与される。
【０１２５】
ここで、連結相手のＤj領域に、処理対象のＤj領域とは異なる連結非合焦ラベルＣnが既に付与されていた場合、ラベル番号が若い方の連結非合焦ラベルＣnに合わせられる。例えば、例えば図３８（ｄ）に示すように、Ｄ11領域に対する判定の際に、該Ｄ11領域と連結性があるとの判定によりＤ14領域に連結非合焦ラベルＣ1が付与され、その後で、連結非合焦ラベルＣ2が付与されているＤ13領域に対する判定において、Ｄ14領域にＤ13領域と連結性があると判定された場合、Ｄ13領域及び該Ｄ13領域と同じ連結非合焦ラベルＣ2が付与されているＤ12領域の連結非合焦ラベルは、連結非合焦ラベルＣ1に変換される。
なお、Ｄj領域の４隅の画素がそれぞれ異なる領域と連結している場合があるため、各Ｄj領域に対し、少なくとも１回の連結判定が行われる。
【０１２６】
続くステップＳ４２３において、非合焦領域探索判定部５１２は、連結非合焦ラベルＣnが付与された領域（以下、連結非合焦領域という）の位置に基づいて、他の非合焦領域を探索する必要性の有無を判定する。また、探索が必要である場合には、併せて、探索方向も判定する。
【０１２７】
より詳細には、非合焦領域探索判定部５１２は、図３９に示すように、画像Ｍ４内において、連結非合焦領域の領域数をカウントする。この領域数は、連結非合焦ラベルＣnのラベル番号の最大値となる。例えば画像Ｍ４の場合、領域数は１となる。
【０１２８】
非合焦領域探索判定部５１２は、連結非合焦領域の領域数が１の場合、非合焦領域の探索が必要であると判定する。この場合、続いて、非合焦領域探索判定部５１２は、連結非合焦領域の重心画素Ｄgの位置及び合焦領域Ｒfocus4の重心画素Ｆgの位置を求める。そして、図４０に示すように、連結非合焦領域の重心画素Ｄgから合焦領域Ｒfocus4の重心画素Ｆgに向かうベクトルの方向を、探索方向として決定する。なお、連結された非合焦領域の領域数が２以上の場合については、後で詳述する。
【０１２９】
ステップＳ４２において非合焦領域の探索が必要と判定された場合（ステップＳ４３：Ｙｅｓ）、顕微鏡システム４は、被写体Ｓに対する観察光学系１０４の視野Ｖを、ステップＳ４２３において決定された探索方向に移動させる（ステップＳ４４）。より詳細には、非合焦領域探索判定部５１２は、視野Ｖの移動方向を示すベクトル情報を撮像制御部２２に出力する。これに応じて、撮像制御部２２は、視野Ｖの相対的な移動方向を示す制御信号をステージ駆動部１３２（図２参照）に出力する。ステージ駆動部１３２はこの制御信号に従ってステージ１３１をＸＹ面内において移動させることにより、視野Ｖを相対的に変化させる。
【０１３０】
また、非合焦領域探索判定部５１２は、撮像回数のフラグを、これまで行った撮像回数に対して１をインクリメントする。例えば、１巡目のステップＳ１０及びＳ４１〜Ｓ４３の後ステップＳ４４に移行した場合、撮像回数のフラグは２となる。さらに、非合焦領域探索判定部５１２は、連結非合焦ラベルのラベル番号Ｃnの最大値（図４０においては１）を、連結非合焦ラベルの最大ラベル番号として、パラメータ記憶部２４１に記憶させる。
【０１３１】
アライメント装置５０は、このようなステップＳ１０及びＳ４１〜Ｓ４４を、非合焦領域の探索は不要と判定されるまで（ステップＳ４３：Ｎｏ）繰り返す。
ここで、２巡目以降のステップＳ４２における非合焦領域連結処理において（図３６のステップＳ４２２参照）、非合焦領域探索判定部５１２は、パラメータ記憶部２４１に記憶させた連結非合焦ラベルの最大ラベル番号を取得し、これに１をプラスした番号を、連結非合焦ラベルの初期値とする。例えば、上述した例では、１巡目における最大ラベル番号が１であったため、２巡目の連結非合焦ラベルの初期値としてＣ2が設定される。
【０１３２】
また、２巡目以降においては、それまでに取得された画像に対する非合焦領域連結処理の結果を用いて、非合焦領域の追加探索の要否及び探索方向が判定される。ここで、連結非合焦領域の領域数が２以上の場合について説明する。
【０１３３】
例えば、１巡目のステップＳ１０において図３５に示す画像Ｍ４が取得され、非合焦領域の追加探索の要否及び探索方向の判定結果に基づいて視野ＶをプラスＸ方向に移動させることになった場合、２巡目のステップＳ１０においては、被写体Ｓのうち、図６に示す視野Ｖに隣接する領域の画像Ｍ５が取得される（図４１参照）。この画像Ｍ５に対する小領域の分類処理により、画像Ｍ５内の小領域が合焦領域Ｒfocus5と非合焦領域Ｒnon-focus5とに分類され、非合焦領域Ｒnon-focus5に対する連結処理により、非合焦領域Ｒnon-focus5内の各小領域に、連結非合焦ラベルＣ2が付与されたとする（図４２参照）。
【０１３４】
この場合、非合焦領域探索判定部５１２は、まず、連結非合焦ラベルＣ1が付与された領域の重心画素Ｄg1と、合焦領域の重心画素とを取得する。このうち、合焦領域については、画像Ｍ４、Ｍ５からそれぞれ検出された合焦領域Ｒfocus4、Ｒfocus5を合わせた領域Ｒfocus(M4,M5)の重心画素Ｆg(M4,M5)が取得される。
【０１３５】
続いて、非合焦領域探索判定部５１２は、図４３に示すように、領域Ｒfocus(M4,M5)の重心画素Ｆg(M4,M5)に対して、ラベル番号が小さい方の連結非合焦ラベルＣ1が付与された領域の重心画素Ｄg1と対称な画素Ａを求める。非合焦領域探索判定部５１２は、この画素Ａに付与されたラベルが合焦ラベルである場合、非合焦領域の追加探索が必要であると判定し、重心画素Ｄg1から重心画素Ｆg(M4,M5)に向かうベクトルの方向を探索方向（視野の移動方向）とする。
【０１３６】
一方、非合焦領域探索判定部５１２は、画素Ａに付与されたラベルが合焦ラベルでない場合、非合焦領域の追加探索は不要と判定する。例えば図４３の場合、画素Ａには連結非合焦ラベルＣ2が付与されているため、さらなる非合焦領域の探索は不要と判定される。
【０１３７】
ステップＳ４３においてさらなる非合焦領域の探索は不要と判定された場合（ステップS４３：Ｎｏ）、続くステップＳ１３〜Ｓ１５については実施の形態３と同様である。なお、ステップＳ１５を実行せずに、ステップＳ１４において表示された傾斜情報を参照して、ユーザが手動でステージ１３１の傾斜を調整することとしても良い。
【０１３８】
以上説明したように、実施の形態４によれば、片ボケのように、１つの視野の片側にのみ非合焦領域が存在するために、合焦領域の幅を特定することができない場合であっても、視野を移動させて撮像を行うことにより、合焦領域の全体像を把握して、画像のみから対物レンズ１４０と被写体との間の傾斜情報を算出することができる。また、実施の形態４によれば、連結非合焦領域の重心と合焦領域の重心との位置関係から、非合焦領域が存在する方向を精度よく推定することができるので、視野を移動すべき方向を特定して確実且つ効率良く傾斜情報を算出することができる。例えば、取得済みの画像に写った視野の斜め方向に非合焦領域が存在する場合であっても、視野の移動方向を１度の処理で特定することも可能である。
【０１３９】
（実施の形態５）
次に、本発明の実施の形態５について説明する。
図４４は、本発明の実施の形態５に係る顕微鏡システムの構成を示すブロック図である。図４４に示すように、実施の形態５に係る顕微鏡システム５は、顕微鏡装置１０及びアライメント装置６０を備える。このうち、顕微鏡装置１０の構成及び動作は実施の形態１と同様である（図２参照）。
【０１４０】
アライメント装置６０は、実施の形態２に係るアライメント装置３０における制御部２３の代わりに、制御部６１を備える。制御部６１以外のアライメント装置６０の各部の構成及び動作は、実施の形態２と同様である。
【０１４１】
制御部６１は、合焦領域検出部２３１と、合焦位置比較部６１１と、傾斜情報算出部６１２とを備える。このうち、合焦領域検出部２３１の動作は、実施の形態１と同様である。
【０１４２】
図４５及び図４６は、実施の形態５における被写体Ｓの撮像方法を示す模式図である。実施の形態５においては、図４５及び図４６に示すように、対物レンズ１４０を含む観察光学系１０４の合焦面に対し、被写体Ｓを予め既知の傾斜角度γだけ相対的に傾斜させた状態で撮像を行う。両者を相対的に傾斜させるためには、例えば図４５に示すように、水平に設置されたステージ１３１の載置面１３１ａ上に被写体Ｓを載置し、被写体Ｓに対して合焦面が傾斜角度γだけ傾斜するように観察光学系１０４を設置すれば良い。なお、この場合、電気的な制御により観察光学系１０４の傾斜を変化させる傾斜調整駆動部１０５をさらに設けると良い。或いは、図４６に示すように、光軸Ｌが載置面１３１ａと直交するように観察光学系１０４を設置し、載置面１３１ａ上に傾斜のある台座１０６を設置し、この台座１０６上に被写体Ｓを配置しても良い。なお、光軸Ｌと被写体Ｓとを相対的に傾斜させるための機構は、これらの例に限定されない。以下の説明においては、図４５に示すように、観察光学系１０４側を傾斜させて撮像を行うこととする。
【０１４３】
実施の形態５においては、工場出荷時のように、ステージ１３１及び観察光学系１０４のいずれにも傾斜が生じていないことが保証されている状態で、観察光学系１０４の合焦面を被写体Ｓに対して傾斜角度γだけ傾斜させた場合に（以下、この状態を基準状態という）、観察光学系１０４に対して被写体Ｓが合焦される領域（以下、基準合焦領域という）に関する情報（以下、基準合焦情報という）を、予めパラメータ記憶部２４１に記憶させておく。基準合焦情報は、具体的には、基準状態で撮像を行うことにより取得した画像（以下、基準画像という）から検出された基準合焦領域の位置及び幅の情報である。または、基準画像そのものをパラメータ記憶部２４１に記憶させても良い。或いは、パラメータ記憶部２４１に記憶されている各種パラメータから、基準合焦領域の位置及び幅を算出してもよい。基準合焦領域の位置及び幅は、撮像素子２１１ａの受光面のサイズ（イメージャサイズ）、対物レンズ１４０の被写界深度ＤＯＦ、及び傾斜角度γ等のパラメータによって規定されるからである。
【０１４４】
合焦位置比較部６１１は、被写体Ｓの観察画像から検出された合焦領域の位置及び幅と、基準合焦領域の位置及び幅をそれぞれ比較して差分を算出する。
傾斜情報算出部６１２は、合焦位置比較部６１１により算出された合焦領域の位置及び幅の差分から、被写体Ｓの傾斜情報を算出する。
【０１４５】
次に、アライメント装置６０の動作について説明する。図４７は、アライメント装置６０の動作を示すフローチャートである。なお、図４７に示すステップＳ１０及びＳ１１は、実施の形態１と同様である。以下においては、ステップＳ１０において、図４８（ａ）に示す画像Ｍ６が取得されたものとして説明する。図４８（ａ）は、視野Ｖ（図６参照）に入る被写体Ｓの領域が写った画像Ｍ６を複数の小領域に分割した状態を示している（図７のステップＳ１１３参照）。また、パラメータ記憶部２４１には、図４８（ｂ）に示す基準画像Ｍbaseから検出された基準合焦領域Ｒfocus(b)の位置及び幅が予め記憶されているものとする。
【０１４６】
ステップＳ１１に続くステップＳ５１において、合焦位置比較部６１１は、パラメータ記憶部２４１に記憶されている基準合焦領域Ｒfocus(b)の情報を読み出し、ステップＳ１０において取得された画像Ｍ６から検出された合焦領域Ｒfocus6の位置及び幅と、基準合焦領域Ｒfocus(b)の位置及び幅とをそれぞれ比較して差分を算出する。なお、記憶部２４に基準画像Ｍbaseが記憶されている場合、合焦位置比較部６１１は、合焦領域検出部２３１に基準画像から基準合焦領域Ｒfocus(b)を検出させることにより、該基準合焦領域Ｒfocus(b)の位置及び幅を取得する。或いは、合焦位置比較部６１１は、イメージャサイズ、使用中の対物レンズ１４０の被写界深度ＤＯＦ、傾斜角度γ等のパラメータをパラメータ記憶部２４１から読み出して、基準合焦領域Ｒfocus(b)の位置及び幅を算出しても良い。
【０１４７】
より詳細には、合焦位置比較部６１１は、画像Ｍ６内の合焦領域Ｒfocus6の幅Ｗfocus6と基準合焦領域Ｒfocus(b)の幅Ｗfocus(b)との差分（以下、差分幅という）ΔＷ＝Ｗfocus(b)−Ｗfocus6を算出する。観察画像内の合焦領域の幅が基準合焦領域の幅より狭くなっているとき、差分幅ΔＷの符号はプラスとなり、観察画像の合焦領域の幅が基準合焦領域の幅よりも拡がっているとき、差分幅ΔＷの符号はマイナスとなる。
【０１４８】
また、合焦位置比較部６１１は、画像Ｍ６内の合焦領域Ｒfocus6の中心点Ｐ6の座標（以下、支点位置という）と基準合焦領域Ｒfocus(b)の中心点Ｐbaseの座標（同上）との差分（以下、差分支点という）ΔＣ（pixel）を算出する。差分支点ΔＣは合焦領域Ｒfocus6の画像中心からの変位を表し、合焦領域Ｒfocus6が画像Ｍ６の左側に偏っている場合、符号はマイナスとなり、合焦領域Ｒfocus6が画像Ｍ６の右側に偏っている場合、符号はプラスとなる。
【０１４９】
合焦位置比較部６１１は、これらの差分幅ΔＷ及び差分支点ΔＣをパラメータ記憶部２４１に記憶させる。
【０１５０】
続くステップＳ５２において、傾斜情報算出部６１２は、パラメータ記憶部２４１から各種パラメータを読み出し、ステップＳ５１において算出された差分幅ΔＷ及び差分支点ΔＣを用いて、観察光学系１０４の傾斜情報を算出する。図４９は、傾斜情報算出部６１２が実行する傾斜情報算出処理を示すフローチャートである。また、図５０〜図５２は、傾斜特定算出処理を説明するための模式図である。
【０１５１】
このうち、図５０（ａ）は、対物レンズ１４０と被写体Ｓとの位置関係をＸＺ平面において示し、図５０（ｂ）は、当該位置関係の場合に対物レンズ１４０の視野に入る被写体Ｓの画像Ｍ６をＸＹ平面において示している。図５１及び図５２についても同様である。なお、図５０〜図５２においては、理解を容易にするために、被写体Ｓを厚みのない平面とみなして該被写体Ｓ及び視野Ｖを図示している。
【０１５２】
また、図５０（ａ）に示すように、以下においては、観察光学系１０４（対物レンズ１４０）の視野サイズをＦｏｖ（μｍ）、被写体深度をＤＯＦ（μｍ）、観察光学系１０４の合焦面と被写体Ｓとのなす角度を傾斜角度β（rad）、視野Ｖに含まれる被写体Ｓの領域に生じている傾斜の高さをｚ（μｍ）、視野サイズＦｏｖに対応する画像Ｍ６のサイズ（画像サイズ）をＷimage（pixel）、画像Ｍ６内の合焦領域Ｒfocus6の幅をＷFocal（pixel）とする。このうち、顕微鏡装置１０及び撮像部２１１のスペックに依存するパラメータ（視野サイズＦｏｖ、被写界深度ＤＯＦ、画像サイズＷimage）は、パラメータ記憶部２４１に予め記憶されており、必要に応じて読み出される。
【０１５３】
図５０は、観察光学系１０４の合焦面と被写体Ｓとの間に傾斜のズレが生じていない基準状態を示している。即ち傾斜角度β＝γであり、この状態で撮像を行ったときに基準画像Ｍbaseが取得され、視野Ｖのうち、被写界深度ＤＯＦに含まれる領域Ｒ０が、画像Ｍbaseの合焦領域Ｒfocus(b)として検出される。一方、図５１及び図５２は、合焦面と被写体Ｓとの間に傾斜のズレが生じている状態を示している。
【０１５４】
まず、ステップＳ５２１において、傾斜情報算出部６１２は、差分幅ΔＷから、観察光学系１０４の傾斜のズレ方向を算出する。傾斜のズレ方向は、差分幅ΔＷの符号がプラスである場合、即ち、図５１に示すように、合焦領域Ｒfocus6の幅が基準合焦領域Ｒfocus(b)の幅よりも狭い場合、観察光学系１０４の傾斜方向と同じと判定される。これは、図５０に示す基準状態に対して、傾斜角度βが大きくなっていることを示す。一方、差分幅ΔＷの符号がマイナスである場合、即ち、図５２に示すように、合焦領域Ｒfocus6の幅が基準合焦領域Ｒfocus(b)の幅よりも広い場合、傾斜のズレ方向は、観察光学系１０４の傾斜方向と反対と判定される。これは、図５０に示す基準状態に対して、傾斜角度βが小さくなっていることを示す。
【０１５５】
また、傾斜情報算出部６１２は、次式（６）によって与えられる傾斜角度のずれ量α’を算出する。
α’＝γ−β  …（６）
【０１５６】
式（６）において、傾斜角度βは次式（７）によって与えられる。
【数５】
2015102694.tif 000007
傾斜角度βの符号は差分幅ΔＷと同じ符号とする。
【０１５７】
また、式（７）において、傾斜の高さｚは次式（８）によって与えられる。
【数６】
2015102694.tif 000008
【０１５８】
続くステップＳ５２２において、傾斜情報算出部６１２は、差分支点ΔＣを傾斜支点のずれ量として決定する。ここで、差分支点ΔＣ＝０の場合、視野Ｖの中心が傾斜支点となる。また、差分支点ΔＣの符号がプラスである場合、傾斜支点は視野Ｖの中心からプラスＸ方向にずれていることを表し、差分支点ΔＣの符号がマイナスである場合、傾斜支点は視野Ｖの中心からマイナスＸ方向にずれていることを示す。
【０１５９】
続くステップＳ５２３において、傾斜情報算出部６１２は、ステップＳ５２１及びＳ５２２において取得した傾斜情報、即ち、傾斜角度のズレ方向、傾斜角度のずれ量α’及び傾斜支点のずれ量を、傾斜情報としてパラメータ記憶部２４１に記憶させる。
【０１６０】
その後、アライメント装置６０の動作はメインルーチンに戻る。
ステップＳ５２に続くステップＳ１４は、実施の形態２と同様である。
【０１６１】
ステップＳ１４に続くステップＳ５３において、傾斜調整制御部３１は、ステップＳ５２において算出された傾斜情報をパラメータ記憶部２４１から読み出し、該傾斜情報に基づく制御信号を生成して顕微鏡装置１０に出力することにより、ステージ１３１又は観察光学系１０４の傾斜を調整する。
【０１６２】
傾斜調整制御部３１は、まず、視野Ｖの中心位置における被写体Ｓに対する合焦面の傾斜方向及び傾斜角度を調整する。
例えば図４５に示すように、基準状態において、ステージ１３１の載置面１３１ａを水平に設置し、観察光学系１０４を傾斜させた場合、傾斜調整制御部３１は、傾斜調整駆動部１０５に制御信号を出力し、基準状態における傾斜角度γ（図５０参照）の分だけ、予め傾斜させてある方向とは反対方向に観察光学系１０４の傾斜を戻させる。
【０１６３】
続いて、傾斜調整制御部３１は、ステージ１３１の傾斜を調整する。具体的には、図５１に示すように、被写体Ｓが合焦面に対して右上がりの場合、調節つまみ駆動部１５２（図２参照）に制御信号を出力し、ＸＺ面内においてステージ１３１をステージ中心に対して時計回りに回転させる。反対に、図５２に示すように、被写体Ｓが合焦面に対して右下がりの場合、調節つまみ駆動部１５２に制御信号を出力し、ＸＺ面内においてステージ１３１をステージ中心に対して反時計回りに回転させる。
【０１６４】
一方、図４６に示すように、基準状態において、光軸Ｌが鉛直となるように観察光学系１０４を設置し、被写体Ｓ側を傾斜させた場合、台座１０６を除去するなどして被写体Ｓを水平状態に戻し、観察光学系１０４の傾斜を調整する。具体的には、被写体Ｓが合焦面に対して右上がりの場合、傾斜調整駆動部１０５に制御信号を出力し、ＸＺ面内において観察光学系１０４をイメージャ中心に対して反時計回りとなるように回転させる。反対に、被写体Ｓが合焦面に対して右下がりの場合、傾斜調整駆動部１０５に制御信号を出力し、ＸＺ面内において観察光学系１０４をイメージャ中心に対して時計回りとなるように回転させる。
【０１６５】
続いて、傾斜調整制御部３１は、傾斜支点のずれ領域に基づき、該ずれ量の符号と反対方向に、ずれ量の分だけステージ１３１を移動させる。例えば、Ｘ方向におけるずれ量の符号がプラスである場合、ステージ駆動部１３２に制御信号を出力し、ステージ１３１をマイナス方向に移動させる。反対に、ずれ量の符号がマイナスである場合、ステージ駆動部１３２に制御信号を出力し、ステージ１３１をプラスＸ方向に移動させる。これにより、傾斜支点が観察光学系１０４の視野の中心（即ち、光軸Ｌが通る位置）と一致し、適切な視野の合焦画像を取得することができるようになる。
なお、Ｙ方向における調整方法も同様である。
【０１６６】
以上説明したように、実施の形態５によれば、観察光学系１０４又は被写体Ｓを既知の角度だけ予め傾斜させて撮像を行うので、観察光学系１０４又はステージ１３１をＺ方向に移動させることなく、傾斜方向を特定することができる。また、片ボケが生じている場合にも視野Ｖを移動させることなく、全ての傾斜情報を取得することができる。従って、顕微鏡装置１０のアライメントを高速且つ効率良く行うことができる。また、観察光学系１０４又は被写体Ｓを傾斜させて撮像を行う場合、合焦領域と非合焦領域とのコントラストが大きくなるように調整することができるため、合焦領域の検出精度を向上させることも可能である。
【０１６７】
以上説明した実施の形態１〜５及び変形例はそのままに限定されるものではなく、各実施の形態及び変形例に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって、種々の発明を形成することができる。例えば、実施の形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を除外して形成してもよい。あるいは、異なる実施の形態に示した構成要素を適宜組み合わせて形成してもよい。
【符号の説明】
【０１６８】
１〜５  顕微鏡システム
１０  顕微鏡装置
２０、３０、４０、５０、６０  アライメント装置
２１  画像取得部
２２  撮像制御部
２３、４１、５１、６１  制御部
２４  記憶部
２５  入力部
２６  出力部
２７  表示装置
３１  傾斜調整制御部
１００  アーム
１０１  三眼鏡筒ユニット
１０２  鏡筒
１０３  接眼レンズユニット
１０４  観察光学系
１０５  傾斜調整駆動部
１０６  台座
１１０  落射照明ユニット
１１１  落射照明用光源
１１２  落射照明光学系
１２０  透過照明ユニット
１２１  透過照明用光源
１２２  透過照明光学系
１３０  電動ステージユニット
１３１  ステージ
１３２  ステージ駆動部
１３３  位置検出部
１４０、１４１  対物レンズ
１４２  レボルバ
１５０  ステージ傾斜調節部
１５２  調節つまみ駆動部
２１１  撮像部
２１２  メモリ
２３１、５１０  合焦領域検出部
２３２、６１２  傾斜情報算出部
２４１  パラメータ記憶部
２４２  プログラム記憶部
４１１  視野移動判定部
５１１  領域分類部
５１２  非合焦領域探索判定部
６１１  合焦位置比較部
【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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【図７】
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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２１】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２８】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３６】
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【図３７】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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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１９】
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【図２０】
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【図２２】
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【図２７】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３５】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４８】
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