(57)【要約】  実用性の向上された画像取得装置および画像形成システムを提供する。  本開示の画像取得装置は、光学系と、照明角度調整機構と、ステージとを備える。光学系は、レンズおよびレンズの焦点面内に配置された光源を有し、コリメートされた照明光を生成する。照明角度調整機構は、被写体に対する照明光の照射方向を変更できるように構成されている。ステージは、被写体を透過した照明光がイメージセンサに入射するように被写体およびイメージセンサが一体化されたモジュールが、着脱自在に装填されるように構成されており、モジュールが装填された状態においてイメージセンサの出力を受け取る回路を有している。
2016027448.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズおよび前記レンズの焦点面内に配置された光源を有する光学系であって、コリメートされた照明光を生成する光学系と、
被写体に対する前記照明光の照射方向を変更できるように構成された照明角度調整機構と、
前記被写体を透過した前記照明光がイメージセンサに入射するように前記被写体および前記イメージセンサが一体化されたモジュールが、着脱自在に装填されるように構成されたステージであって、前記モジュールが装填された状態において前記イメージセンサの出力を受け取る回路を有するステージと
を備える画像取得装置。
【請求項２】
前記照明角度調整機構は、前記ステージおよび前記光源の向きの少なくとも一方を、直交する２軸まわりに独立して回転可能な機構を含んでいる、請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記照明角度調整機構は、前記ステージの姿勢および前記光源の向きの少なくとも一方を変化させるゴニオ機構を含んでいる、請求項１または２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記照明角度調整機構は、前記ステージの中心を通る回転軸に関して前記ステージおよび前記光源の少なくとも一方を回転させる機構を含んでいる、請求項１から３のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記照明角度調整機構は、前記ステージ、前記光源および前記レンズの少なくとも１つを平行移動させるスライド機構を含んでいる、請求項１から４のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記光源は、互いに異なる波長域の光を出射する複数の発光素子の組を有する、請求項１から５のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記光源は、互いに異なる位置に配置された複数の前記組を有する、請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記レンズは、アクロマートレンズである、請求項６または７に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記ステージは、前記イメージセンサの出力をデジタル信号に変換して出力する第１処理回路を含む第１回路基板を有する、請求項１から８のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記ステージは、前記イメージセンサの制御信号を生成する第２処理回路を含む第２回路基板を有し、
前記第２回路基板は、第１回路基板に一体的に結合されている、請求項９に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
前記画像取得装置は、さらに、前記複数の異なる方向に応じて前記被写体の像を示す画像信号が得られるごとに、順次、平均化処理を行うように構成された第３処理回路を備える、請求項１から１０のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の画像取得装置と、
前記照明光の前記照射方向を変えて取得した前記複数の画像を合成することにより、前記複数の画像の各々よりも分解能の高い前記被写体の高分解能画像を形成する画像処理装置と
を備える画像形成システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、画像取得装置および画像形成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体組織などにおけるミクロ構造を観察するために光学顕微鏡が用いられてきた。光学顕微鏡は、観察対象を透過した光、あるいは反射した光を利用する。観察者は、レンズによって拡大された像を観察する。顕微鏡のレンズで拡大された像を撮影してディスプレイ上に表示するデジタル顕微鏡も知られている。デジタル顕微鏡を利用することにより、複数人での同時観察、遠隔地での観察などが可能である。【０００３】
近年、ＣＩＳ（Contact Image Sensing）方式によってミクロ構造を観察する技術が注目されている。ＣＩＳ方式による場合、観察対象は、イメージセンサの撮像面に近接して配置される。イメージセンサとしては、一般に、多数の光電変換部が撮像面内に行および列状に配列された２次元イメージセンサが用いられる。光電変換部は、典型的には、半導体層または半導体基板に形成されたフォトダイオードであり、入射光を受けて電荷を生成する。【０００４】
イメージセンサによって取得される画像は、多数の画素によって規定される。各画素は、１つの光電変換部を含む単位領域によって区画されている。したがって、２次元イメージセンサにおける分解能（解像度）は、通常、撮像面上における光電変換部の配列ピッチまたは配列密度に依存する。本明細書では、光電変換部の配列ピッチによって決まる分解能を、イメージセンサの「固有分解能」と呼ぶことがある。個々の光電変換部の配列ピッチは、可視光の波長程度まで短くなっているので、固有分解能をさらに向上させることは困難である。【０００５】
イメージセンサの固有分解能を超える分解能を実現する技術が提案されている。特許文献１は、被写体の結像位置をシフトさせて得られる複数の画像を用いて当該被写体の画像を形成する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開昭６２−１３７０３７号公報
【発明の概要】
【０００７】
本開示は、イメージセンサの固有分解能を超える分解能を実現する高分解能化技術の実用性を向上させ得る画像取得装置および画像形成システムを提供する。
【０００８】
本開示の例示的な実施形態として以下が提供される。
【０００９】
レンズおよび前記レンズの焦点面内に配置された光源を有する光学系であって、コリメートされた照明光を生成する光学系と、被写体に対して前記照明光の照射方向を変更できるように構成された照明角度調整機構と、前記被写体を透過した前記照明光がイメージセンサに入射するように前記被写体および前記イメージセンサが一体化されたモジュールが、着脱自在に装填されるように構成されたステージであって、前記モジュールが装填された状態において前記イメージセンサの出力を受け取る回路を有するステージとを備える画像取得装置。
【００１０】
上記の一般的かつ特定の態様は、方法、システムまたはコンピュータプログラムの形で実装され得る。あるいは、方法、システムおよびコンピュータプログラムなどの組み合わせを用いて実現され得る。
【００１１】
本開示によれば、イメージセンサの固有分解能を超える分解能を実現する高分解能化技術の実用性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１Ａ】図１Ａは、被写体２の一部を模式的に示す平面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、図１Ａに示されている領域の撮像に関わるフォトダイオードを抽出して模式的に示す平面図である。
【図２Ａ】図２Ａは、被写体２を透過してフォトダイオード４ｐに入射する光線の方向を模式的に示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列例を模式的に示す平面図である。
【図２Ｃ】図２Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐａを模式的に示す図である。
【図３Ａ】図３Ａは、第１の方向とは異なる第２の方向から光線を入射させた状態を模式的に示す図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列を模式的に示す平面図である。
【図３Ｃ】図３Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐｂを模式的に示す図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第１の方向および第２の方向とは異なる第３の方向から光線を入射させた状態を模式的に示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列を模式的に示す平面図である。
【図４Ｃ】図４Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐｃを模式的に示す図である。
【図５Ａ】図５Ａは、第１の方向、第２の方向および第３の方向とは異なる第４の方向から光線を入射させた状態を模式的に示す図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列を模式的に示す平面図である。
【図５Ｃ】図５Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐｄを模式的に示す図である。
【図６】図６は、４枚のサブ画像Ｓａ、Ｓｂ、ＳｃおよびＳｄから合成される高分解能画像ＨＲを示す図である。
【図７】図７は、被写体２の隣接する２つの領域を通過した光線がそれぞれ異なるフォトダイオードに入射するように調整された照射方向を模式的に示す図である。
【図８】図８は、モジュールの断面構造の一例を模式的に示す図である。
【図９】図９は、本開示の実施形態による画像取得装置の概略的な構成を示す図である。
【図１０】図１０は、本開示の実施形態による画像取得装置の構成の一例を示す図である。
【図１１】図１１は、照明角度調整機構の構成の一例を示す図である。
【図１２】図１２は、照明角度調整機構の構成の他の一例を示す図である。
【図１３】図１３は、複数の光源が分散して配置された構成を比較例として示す図である。
【図１４】図１４は、本開示の実施形態による画像取得装置の構成の他の一例を示す図である。
【図１５】図１５は、照明角度調整機構の構成のさらに他の一例を示す図である。
【図１６】図１６は、照明角度調整機構の構成のさらに他の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、本開示の実施形態による画像取得装置の構成のさらに他の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、照明角度調整機構の構成のさらに他の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、本開示の実施形態による画像形成システムにおける例示的な回路の構成、および信号の流れを示す概略図である。
【図２０】図２０は、画像形成システムの構成の他の一例を示す概略図である。
【図２１】図２１は、ＣＣＤイメージセンサの断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す図である。
【図２２Ａ】図２２Ａは、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す図である。
【図２２Ｂ】図２２Ｂは、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す図である。
【図２３】図２３は、光電変換膜積層型イメージセンサの断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
まず、図１Ａ〜図６を参照して、本開示の実施形態における撮像の原理を説明する。本開示の実施形態では、照明光の照射角度を変えて複数回の撮影を実行することにより得られる複数の画像を用いて、それら複数の画像の各々よりも分解能の高い画像（以下、「高分解能画像」と呼ぶ。）を形成する。ここでは、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサを例示して説明を行う。
【００１４】
図１Ａおよび図１Ｂを参照する。図１Ａは、被写体２の一部を模式的に示す平面図であり、図１Ｂは、イメージセンサ４のフォトダイオード４ｐのうち、図１Ａに示されている領域の撮像に関わるフォトダイオードを抽出して模式的に示す平面図である。ここで説明する例では、図１Ｂにおいて６個のフォトダイオード４ｐが示されている。なお、参考のために、図１Ｂでは、互いに直交するｘ方向、ｙ方向およびｚ方向を示す矢印が図示されている。ｚ方向は、撮像面の法線方向を示している。図１Ｂでは、ｘｙ面内においてｘ軸からｙ軸に向かって４５°回転した方向であるｕ方向を示す矢印も図示されている。他の図面においても、ｘ方向、ｙ方向、ｚ方向またはｕ方向を示す矢印を図示することがある。
【００１５】
イメージセンサ４におけるフォトダイオード４ｐ以外の構成要素は、遮光層によって覆われている。図１Ｂ中、ハッチングされた領域は、遮光層によって覆われている領域を示している。ＣＣＤイメージセンサの撮像面上における１つのフォトダイオードの受光面の面積（Ｓ２）は、そのフォトダイオードを含む単位領域の面積（Ｓ１）よりも小さい。画素の面積Ｓ１に対する受光面積Ｓ２の比率（Ｓ２／Ｓ１）は、「開口率」と呼ばれている。ここでは、開口率が２５％であるとして説明を行う。
【００１６】
図２Ａは、被写体２を透過してフォトダイオード４ｐに入射する光線の方向を模式的に示す。図２Ａは、撮像面に対して垂直な方向（第１の方向）から光線を入射させた状態を示している。図２Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列例を模式的に示す平面図であり、図２Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐａを模式的に示す図である。複数の画素Ｐａの各々は、個々のフォトダイオード４ｐに入射した光の量を示す値（画素値）を持つ。この例では、図２Ｃの画素Ｐａから画像Ｓａ（第１のサブ画像Ｓａ）が構成される。第１のサブ画像Ｓａは、被写体２の全体のうち、例えば、図２Ｂに示す６個のフォトダイオード４ｐの直上に位置する領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５およびＡ６（図１Ａ参照）の情報を有する。
【００１７】
図２Ａからわかるように、ここでは、被写体２の画像は、被写体２を透過する実質的に平行な光線を用いて取得される。被写体２とイメージセンサ４との間に結像のためのレンズは配置されない。イメージセンサ４の撮像面から被写体２までの距離は、典型的には１ｍｍ以下であり、例えば１μｍ程度に設定され得る。
【００１８】
図３Ａは、図２Ａに示す第１の方向とは異なる第２の方向から光線を入射させた状態を示している。図３Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列を模式的に示し、図３Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐｂを模式的に示す。図３Ｃの画素Ｐｂから画像Ｓｂ（第２のサブ画像Ｓｂ）が構成される。第２のサブ画像Ｓｂは、被写体２の全体のうち、領域Ａ１、Ａ２、Ａ３、Ａ４、Ａ５およびＡ６とは異なる領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３、Ｂ４、Ｂ５およびＢ６（図１Ａ参照）の情報を有する。図１Ａに示すように、領域Ｂ１は、例えば領域Ａ１の右側に隣接する領域である。
【００１９】
図２Ａと図３Ａとを比較することによって理解されるように、被写体２に対する光線の照射方向を適切に設定することにより、被写体２の異なる領域を透過した光線をフォトダイオード４ｐに入射させることができる。その結果、第１のサブ画像Ｓａと第２のサブ画像Ｓｂは、被写体２において異なる位置に対応する画素情報を含むことができる。
【００２０】
図４Ａは、図２Ａに示す第１の方向および図３Ａに示す第２の方向とは異なる第３の方向から光線を入射させた状態を示している。図４Ａに示す光線は、ｚ方向に対してｙ方向に傾斜している。図４Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列を模式的に示し、図４Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐｃを模式的に示す。図４Ｃの画素Ｐｃから画像Ｓｃ（第３のサブ画像Ｓｃ）が構成される。図示するように、第３のサブ画像Ｓｃは、被写体２の全体のうち、図１Ａに示す領域Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５およびＣ６の情報を有する。図１Ａに示すように、ここでは、領域Ｃ１は、例えば領域Ａ１の上側に隣接する領域である。
【００２１】
図５Ａは、図２Ａに示す第１の方向、図３Ａに示す第２の方向、および図４Ａに示す第３の方向とは異なる第４の方向から光線を入射させた状態を示している。図５Ａに示す光線は、ｚ方向に対して、ｘｙ面内においてｘ軸と４５°の角をなす方向に傾斜している。図５Ｂは、着目する６個のフォトダイオード４ｐの配列を模式的に示し、図５Ｃは、６個のフォトダイオード４ｐによって取得される６個の画素Ｐｄを模式的に示す。図５Ｃの画素Ｐｄから画像Ｓｄ（第４のサブ画像Ｓｄ）が構成される。第４のサブ画像Ｓｄは、被写体２の全体のうち、図１Ａに示す領域Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５およびＤ６の情報を有している。図１Ａに示すように、ここでは、領域Ｄ１は、例えば領域Ｃ１の右側に隣接する領域である。
【００２２】
図６は、４枚のサブ画像Ｓａ、Ｓｂ、ＳｃおよびＳｄから合成される高分解能画像ＨＲを示している。図６に示すように、高分解能画像ＨＲの画素数または画素密度は、４枚のサブ画像Ｓａ、Ｓｂ、ＳｃおよびＳｄの各々の画素数または画素密度の４倍である。
【００２３】
例えば、被写体２における、図１Ａに示す領域Ａ１、Ｂ１、Ｃ１およびＤ１のブロックに着目する。これまでの説明からわかるように、図６に示すサブ画像Ｓａの画素Ｐａ１は、上述のブロック全体ではなく、領域Ａ１のみの情報を有している。したがって、サブ画像Ｓａは、領域Ｂ１、Ｃ１およびＤ１の情報が欠落した画像であるということができる。個々のサブ画像の分解能は、イメージセンサ４の固有分解能に等しい。
【００２４】
しかしながら、被写体２において異なる位置に対応する画素情報を有するサブ画像Ｓｂ、ＳｃおよびＳｄを用いることにより、図６に示すように、サブ画像Ｓａにおいて欠落した情報を補完し、ブロック全体の情報を有する高分解能画像ＨＲを形成することが可能である。この例では、イメージセンサ４の固有分解能の４倍の分解能が得られている。高分解能化（超解像）の程度は、イメージセンサの開口率に依存する。この例では、イメージセンサ４の開口率が２５％であるため、異なる４方向からの光照射によって最大４倍の高分解能化が可能になる。Ｎを２以上の整数するとき、イメージセンサ４の開口率が近似的に１／Ｎに等しければ、最大Ｎ倍の高分解能化が可能になる。
【００２５】
このように、被写体を基準にして複数の異なる照射方向から、順次、平行光を照射して被写体の撮像を行うことにより、被写体から「空間的」にサンプリングされる画素情報を増加させることができる。得られた複数のサブ画像を合成することにより、複数のサブ画像の各々よりも分解能の高い高分解能画像を形成することが可能である。なお、上記の例において、図６に示すサブ画像Ｓａ、Ｓｂ、ＳｃおよびＳｄは、被写体２における互いに異なる領域の画素情報を有しており、重なりを有していない。しかしながら、異なるサブ画像間において重なりを有していてもよい。
【００２６】
また、上記の例では、被写体２において隣接する２つの領域を通過した光線は、いずれも、同一のフォトダイオードに入射している。しかしながら、照射方向の設定はこの例に限定されない。例えば、図７に示すように、被写体２の隣接する２つの領域を通過した光線が、それぞれ、異なるフォトダイオードに入射するように照射方向が調整されていてもよい。被写体において光線の通過する領域と、透過光線の入射するフォトダイオードとの間の相対的な配置がわかっていれば、高分解能画像の形成は可能である。照射方向は、図２Ａ〜図５Ａを参照して説明した第１〜第４の方向に限定されない。
【００２７】
次に、本開示の実施形態において用いられるモジュールの構成を説明する。本開示の実施形態では、被写体およびイメージセンサが一体化された構造を有するモジュールが用いられる。
【００２８】
図８は、モジュールの断面構造の一例を模式的に示す。図８に示すモジュールＭでは、イメージセンサ４の撮像面４Ａ側に被写体２が配置されている。図８に例示する構成では、封入剤６によって覆われた被写体２が、イメージセンサ４と透明プレート（典型的にはガラス板）８との間に挟まれている。透明プレート８として、例えば、一般的なスライドガラスを使用することができる。また、図８に例示する構成では、イメージセンサ４は、パッケージ５に固定されている。パッケージ５は、透明プレート８とは反対側の面に裏面電極５Ｂを有している。裏面電極５Ｂは、パッケージ５に形成された不図示の配線パターンを介してイメージセンサ４と電気的に接続されている。すなわち、裏面電極５Ｂを介して、イメージセンサ４の出力を取り出すことができる。
【００２９】
被写体２は、生物組織の薄片（典型的には、数十μｍ以下の厚さを有する。）であり得る。生物組織の薄片を被写体２として有するモジュールは、病理診断に利用され得る。図８に示すように、モジュールＭは、光学顕微鏡による観察において被写体（典型的には生物組織の薄片）を支持するプレパラートとは異なり、被写体の画像を取得するイメージセンサを備えている。このようなモジュールを「電子プレパラート」と呼んでもよい。被写体２およびイメージセンサ４が一体化されたモジュールＭを用いることにより、被写体２とイメージセンサ４との間の配置を固定できるという利点が得られる。
【００３０】
モジュールＭを用いて被写体２の画像の取得を実行するとき、透明プレート８を介して被写体２に照明光を照射する。被写体２を透過した照明光がイメージセンサ４に入射する。照射時において角度を変えて複数の異なる画像を取得することにより、これらの画像の各々よりも分解能の高い画像を形成することが可能である。
【００３１】
本開示は、イメージセンサの固有分解能を超える分解能を実現する高分解能化技術の実用性を向上させ得る画像取得装置（デジタイザ）および画像形成システムを提供する。本開示の実施形態を詳細に説明する前に、まず、本開示の実施形態の概要を説明する。
【００３２】
本開示の一態様である画像取得装置は、光学系と、照明角度調整機構と、ステージとを備える。光学系は、レンズおよびレンズの焦点面内に配置された光源を有する。光学系は、コリメートされた照明光を生成する。照明角度調整機構は、被写体を基準とする照明光の照射方向を複数の異なる方向に変更可能に構成されている。ステージは、被写体を透過した照明光がイメージセンサに入射するように被写体およびイメージセンサが一体化されたモジュールが着脱自在に装填されるように構成されたステージである。ステージは、モジュールが装填された状態においてイメージセンサの出力を受け取る回路を有する。
【００３３】
ある態様において、照明角度調整機構は、ステージおよび光源の向きの少なくとも一方を、直交する２軸まわりに独立して回転可能な機構を含んでいる。
【００３４】
ある態様において、照明角度調整機構は、ステージの姿勢および光源の向きの少なくとも一方を変化させるゴニオ機構を含んでいる。
【００３５】
ある態様において、照明角度調整機構は、ステージの中心を通る回転軸に関してステージおよび光源の少なくとも一方を回転させる機構を含んでいる。
【００３６】
ある態様において、照明角度調整機構は、ステージ、光源およびレンズの少なくとも１つを平行移動させるスライド機構を含んでいる。
【００３７】
ある態様において、光源は、互いに異なる波長域の光を出射する複数の発光素子の組を有する。
【００３８】
ある態様において、光源は、複数の発光素子の組を複数有する。これらの複数の組は、互いに異なる位置に配置されている。
【００３９】
ある態様において、レンズは、アクロマートレンズである。
【００４０】
ある態様において、ステージは、イメージセンサの出力をデジタル信号に変換して出力する第１処理回路を含む第１回路基板を有する。
【００４１】
ある態様において、ステージは、イメージセンサの制御信号を生成する第２処理回路を含む第２回路基板を有し、第２回路基板は、第１回路基板に一体的に結合されている。
【００４２】
ある態様による画像取得装置は、さらに、複数の異なる方向に応じて被写体の像を示す画像信号が得られるごとに、順次、平均化処理を行うように構成された第３処理回路を備える。
【００４３】
本開示の他の一態様である画像形成システムは、上記のいずれかに記載の画像取得装置と、画像処理装置とを備える。画像処理装置は、照明光の照射方向を変えて取得した複数の画像を合成することにより、複数の画像の各々よりも分解能の高い被写体の高分解能画像を形成する。
【００４４】
以下、図面を参照しながら、本開示の実施形態を詳細に説明する。なお、以下の説明において、実質的に同じ機能を有する構成要素は共通の参照符号で示し、説明を省略することがある。
【００４５】
＜画像取得装置＞
図９は、本開示の実施形態による画像取得装置の概略的な構成を示す。図９に示す画像取得装置１００は、照明光を生成する光学系１１０と、モジュール１０が着脱自在に装填されるように構成されたステージ１３０とを有する。ステージ１３０は、モジュール１０の少なくとも一部分を挿入可能な取付部、あるいはモジュール１０を固定するためのクリップなどの固定具を有し得る。モジュール１０は、ステージ１３０に装填されることにより、ステージ１３０に対して固定される。モジュール１０としては、図８を参照して説明したモジュールＭと同様の構成を有するモジュールを用い得る。すなわち、モジュール１０は、被写体２およびイメージセンサ４が一体化された構造を有し得る。ステージ１３０にモジュール１０が装填された状態において、モジュール１０の被写体２およびイメージセンサ４は、被写体２を透過した照明光がイメージセンサ４に入射するような配置を有する。図示する例では、イメージセンサ４の撮像面は、モジュール１０の上方に位置する光学系１１０に対向している。光学系１１０、被写体２およびイメージセンサ４の配置は図示する例に限定されない。
【００４６】
光学系１１０は、光源３０およびレンズ４０を含んでいる。光源３０は、レンズ４０の焦点面内に配置されている。光学系１１０によって生成される照明光は、コリメートされた平行光である。光学系１１０によって生成された照明光が被写体に入射される。
【００４７】
ステージ１３０は、イメージセンサ４の出力を受け取る回路５０を有する。ステージ１３０にモジュール１０が装填されることにより、例えば裏面電極５Ｂ（図８参照）を介して、回路５０とイメージセンサ４との間の電気的接続が確立される。
【００４８】
画像取得装置１００は、さらに、照明角度調整機構１２０を有する。後に詳しく説明するように、照明角度調整機構１２０は、被写体２を基準とする照明光の照射方向を複数の異なる方向に変更する機構である。したがって、画像取得装置１００を用いることにより、照射方向を順次に変更しながら被写体２の撮像を実行し、高分解能画像の形成に用いられる複数のサブ画像を取得することが可能である。
【００４９】
図１０は、本開示の実施形態による画像取得装置の構成の一例を示す。図１０に例示する構成において、光源３０ａは、各々が異なる波長帯域にピークを有する３個のＬＥＤチップ３２Ｂ、３２Ｒ、３２Ｇを有している。隣接するＬＥＤチップの間隔は、例えば１００μｍ程度であり、このように複数の発光素子を近接して配置した場合には、これらを点光源とみなし得る。３個のＬＥＤチップ３２Ｂ、３２Ｒ、３２Ｇは、それぞれ、青色、赤色、および緑色の光を出射するＬＥＤチップであり得る。互いに異なる色の光を出射する複数の発光素子を用いる場合、レンズ４０としてアクロマートレンズを使用する。
【００５０】
互いに異なる色の光を出射する複数の発光素子を使用し、例えば、異なる色の光を照射方向ごとにタイムシーケンシャルに照射することにより、それぞれの色についての複数のサブ画像を取得することができる。３個のＬＥＤチップ３２Ｂ、３２Ｒ、３２Ｇを使用する場合であれば、青色サブ画像のセット、赤色サブ画像のセット、および緑色サブ画像のセットが得られる。取得されたサブ画像のセットを用いれば、カラーの高分解能画像を形成することができる。例えば病理診断の場面では、カラーの高分解能画像を利用することにより、病変の有無などに関するより多くの有益な情報を得ることができる。
【００５１】
光源３０が有する発光素子の数は、１個であってもよい。光源３０として白色ＬＥＤチップを用い、かつ、光路上にカラーフィルタを配置することによって、互いに異なる色の照明光をタイムシーケンシャルに得てもよい。また、イメージセンサ４としてカラー撮像用のイメージセンサを用いてもよい。ただし、イメージセンサの光電変換部に入射する光量の低減を抑制する観点からは、図１０に示すようにカラーフィルタを配置しない構成の方が有利である。なお、複数の異なる色の光を利用する場合、波長帯域が狭ければ、レンズ４０はアクロマートレンズでなくてもよい。光源３０は、ＬＥＤに限定されず、白熱電球、レーザ素子、ファイバーレーザ、放電管などであってもよい。光源３０から出射される光は、可視光に限定されず、紫外線、赤外線などであってもよい。
【００５２】
図１０に示す画像取得装置１００ａは、ステージ１３０の姿勢を変化させることによって、被写体２を基準とする照明光の照射角度を変更する。被写体２を基準とする照明光の照射角度は、例えば、イメージセンサ４の撮像面の法線と被写体２への入射光線とがなす角（天頂角）、および撮像面上に設定した基準方位と入射光線の撮像面への射影とがなす角（方位角）の組によって表される。図示する例では、照明角度調整機構１２０ａは、基準面（典型的には水平面）に対してステージ１３０を傾斜させるゴニオ機構１２２と、ステージ１３０の中心を通る回転軸（ここでは鉛直軸）に関してステージ１３０を回転させる回転機構１２４とを有する。ゴニオ機構１２２のゴニオ中心Ｇｃは、不図示の被写体の中央部に位置している。ゴニオ機構１２２は、基準面に対して例えば±２０°程度の範囲でステージ１３０を傾斜可能に構成されている。上述したように、モジュールは、ステージ１３０に装填された状態において、ステージ１３０に対して固定されている。したがって、ゴニオ機構１２２による鉛直面内の回転と、回転機構１２４による鉛直軸周りの回転とを組み合わせることにより、被写体に対して任意の照射方向から照明光を入射させることが可能である。
【００５３】
ステージ１３０の姿勢を変化させるための機構は、ゴニオ機構１２２と回転機構１２４の組み合わせに限定されない。図１１に例示する構成では、照明角度調整機構１２０ｂは、直交する鉛直面内において被写体の向きを回転させることができる２つのゴニオ機構１２２ａおよび１２２ｂの組を含んでいる。ゴニオ機構１２２ａおよび１２２ｂのゴニオ中心Ｇｃは、不図示の被写体の中央部に位置している。このような構成によっても、被写体に対して任意の照射方向から照明光を入射させることが可能である。
【００５４】
図１２は、照明角度調整機構の構成の他の一例を示す。図１２に示す照明角度調整機構１２０ｃは、レンズ４０を平行移動させるスライド機構１２６を有する。レンズ４０を基準面内のＸ軸および／またはＹ軸の方向に任意の距離だけ移動させることにより、被写体を基準とする照明光の照射角度を変更することができる。図１２に例示する構成によれば、ステージ１３０の姿勢を変化させる必要がないので、光源とイメージセンサとを直線的に配置した場合であっても、より小型の画像取得装置を実現し得る。
【００５５】
本開示の実施形態では、光源から出射される光線をコリメートするレンズが光源とステージ上の被写体とを結ぶ光路上に配置されている。これにより、複数の光源を単純に分散して配置する場合と比較して画像取得装置を小型化および／または軽量化し得る。
【００５６】
図１３は、複数の光源が分散して配置された構成を比較例として示す。図示する例では、複数の砲弾型ＬＥＤ（Light Emitting Diode）３０Ｃが分散して配置されており、砲弾型ＬＥＤ３０Ｃとステージ１３０との間にはレンズは配置されていない。砲弾型ＬＥＤ３０Ｃの数は、例えば２５個である。複数の発光素子を分散して配置し、発光素子を順次点灯させていくことにより、照射方向を順次変化させていくことが可能である。あるいは、基準面に平行にステージ１３０を移動させることにより、照射方向を順次変化させていくことが可能である。スライド機構１２６によってステージが移動可能な距離は、例えば２５ｍｍ程度であり得る。
【００５７】
しかしながら、このような構成においては、発光素子とイメージセンサとを十分に離さなければ、照明光を平行光とみなすことはできない。図１３に示す構成では、ＬＥＤ３０Ｃと不図示のイメージセンサとの間の距離ＬＣ２は、５００ｍｍ程度であり得る。さらに、本発明者の検討によれば、図１３に示す構成では、発光させるＬＥＤ３０Ｃを順次切り替えていくことによって取得した複数のサブ画像から高分解能画像を形成するには、サブ画像に対してシェーディング補正を行う必要がある。
【００５８】
これに対し、本開示の実施形態では、照明光を生成する光学系１１０がレンズ４０を含み、光源３０がレンズ４０の焦点面内に配置されている。図１０に例示する光学系１１０ａにおいて、レンズ４０と不図示のイメージセンサとの間の距離Ｌ２は、１５０ｍｍ程度であり得る。また、光源３０ａとレンズ４０との間の距離Ｌ１は、７０ｍｍ程度であり得る。したがって、光源とイメージセンサとを直線的に配置したとしても、複数の発光素子を分散して配置した場合に比べて小型の画像取得装置を実現し得る。
【００５９】
また、本発明者の検討によれば、レンズ４０を含む光学系１１０を用いてコリメートされた照明光を生成することにより、ほぼ均一な照度分布を実現し得る。例えば、３０ｍｍ角の領域において、領域中心部の照度に対する領域端部近傍の照度の変化は、０．５％程度であり得る。照明光の光線平行度が数°程度であるとサブ画像のシェーディング補正が必要であることに対し、図１０に例示する構成では、光線平行度が０．７°以下であり、シェーディング補正は不要である。ここで、光線平行度は、光源と照射面との間の距離を変えて照度分布を測定することにより得られる、光源からの距離と照度分布との関係から決定されるパラメータであり、光線の広がり度合いを表す。
【００６０】
図１４は、本開示の実施形態による画像取得装置の構成の他の一例を示す。図１４に示す画像取得装置１００ｂでは、ステージ１３０は固定されている。図１４に例示する構成において、照明角度調整機構１２０ｄは、光源３０ｂをレンズ４０の焦点面内で平行移動させるスライド機構１２６を有する。光源３０ｂをレンズ４０の焦点面内のＸ軸および／またはＹ軸の方向に任意の距離だけ移動させることにより、被写体を基準とする照明光の照射角度を変更することができる。スライド機構１２６によって光源３０ｂが移動可能な距離は、例えば１５ｍｍ程度であり得る。レンズ４０にもスライド機構１２６を付加して、レンズ４０および光源３０ｂを独立して平行に移動可能な構成を採用してもよい。基準面に平行にステージ１３０を移動させてもよい。
【００６１】
図１４に例示する構成において、光学系１１０ｂにおける光源３０ｂは、図１０に示す光源３０ａと同様に、各々が異なる波長帯域にピークを有する３個のＬＥＤチップ３２Ｂ、３２Ｒ、３２Ｇの組Ｇｒを有している。図１４に例示する構成では、光源３０ｂは、９組のＬＥＤチップの組を有している。ここでは、ＬＥＤチップの組Ｇｒは、３×３のマトリクス状に配置されている。このような構成においても、発光させるＬＥＤチップを順次切り替えることによって、被写体を基準とする照明光の照射角度を変更することができる。互いに異なる位置に、互いに異なる色の光を出射する複数の発光素子の組を配置することにより、光の色および照射方向の多様な組み合わせを実現し得、より柔軟な運用が可能である。
【００６２】
図１４に例示する構成では、レンズの光軸からずれた位置から出射された光が用いられる。そのため、シェーディング補正が必要になる場合がある。その反面、ステージ１３０の姿勢を変化させる必要がないので、光源とイメージセンサとを直線的に配置した場合であっても、より小型の画像取得装置を実現し得る。図１４に示すような構成において、レンズ４０と不図示のイメージセンサとの間の距離Ｌ４は例えば３０ｍｍ程度であり、光源３０ｂとレンズ４０との間の距離Ｌ３は例えば２０ｍｍ程度である。
【００６３】
図１５は、照明角度調整機構の構成の他の一例を示す。図１５に示す照明角度調整機構１２０ｅは、光源３０ｂの向きを変化させるゴニオ機構１２２と、ステージ１３０の中心を通る回転軸（ここでは鉛直軸）に関して光源３０ｂを回転させる回転機構１２４とを有する。このような構成によっても、被写体に対する照射方向を変化させることが可能である。また、図１６に示すように、２つのゴニオ機構１２２ａおよび１２２ｂを有する照明角度調整機構１２０ｆを適用してもよい。なお、レンズ４０および光源３０の少なくとも一方に、光軸に沿って平行に移動させるための調節機構が付加されていてもよい。サブ画像の取得時において光源３０がレンズ４０の焦点面内に位置していればよい。
【００６４】
照明角度調整機構は、さらにステージ１３０の姿勢を変化させる機構を含んでいてもよい。図１７に示すように、例えば、光源３０をレンズ４０の焦点面内で平行移動させるスライド機構１２６と、ステージ１３０を傾斜させるゴニオ機構１２２およびステージ１３０を回転させる回転機構１２４とを有する照明角度調整機構１２０ｇを使用してもよい。パラメータが増加することにより、最適な照射方向を実現するための選択の幅が広がる。
【００６５】
ゴニオ機構１２２および回転機構１２４の組み合わせ（図１０、図１５参照）、または、２つのゴニオ機構１２２ａおよび１２２ｂの組み合わせ（図１１、図１６参照）に代えて、図１８に示すような構成を採用してもよい。図１８に示す照明角度調節機構１２０ｈは、ジョイント１２９によって連結された上部プレート１２８ｔおよび下部プレート１２８ｂを有している。ジョイント１２９の例は、直交する２つの回転軸を有するユニバーサルジョイント、あるいはボールジョイントである。
【００６６】
図示する例では、上部プレート１２８ｔおよび下部プレート１２８ｂのそれぞれは、上面に垂直な方向から見たときの形状が長方形であり、長方形の４つの頂点のうちの１つの近傍に、ジョイント１２９が配置されている。また、図示するように、下部プレート１２８ｂにおいて長方形の他の３つの頂点のうちの２つの近傍に、リニアアクチュエータ１２７ａおよび１２７ｂが配置されている。上部プレート１２８ｔは、ジョイント１２９、リニアアクチュエータ１２７ａおよび１２７ｂによって下部プレート１２８ｂの上に支持されている。リニアアクチュエータ１２７ａおよび１２７ｂのそれぞれには、例えば、ボールねじとモータの組み合わせ、あるいは圧電アクチュエータなどを用いることができる。
【００６７】
図示する例において、リニアアクチュエータ１２７ａおよび１２７ｂを独立して動作させることにより、上部プレート１２８ｔにおける２点（長方形の４つの頂点のうちの２つに対応した位置）の高さを独立して変化させることが可能である。例えば上部プレート１２８ｔ上にステージ１３０を配置すれば、直交する２軸（図１８中に示すＸ軸およびＹ軸）に関して独立してステージ１３０を回転させることができる。上部プレート１２８ｔ上に光源３０を配置してもよい。このような構成によっても、被写体に対して任意の照射方向から照明光を入射させることが可能である。
【００６８】
＜画像形成システム＞
次に、本開示の実施形態による画像形成システムを説明する。
【００６９】
図１９は、本開示の実施形態による画像形成システムにおける例示的な回路の構成、および信号の流れを示す。図１９に示す画像形成システム５００ａは、画像取得装置１００と、画像処理装置１５０とを有している。図１９は、モジュール１０がステージに装着された状態を示している。ただし、モジュール１０における被写体２の図示とステージ１３０の図示は省略している。図１９中の矢印は、信号または電力の流れを模式的に示している。
【００７０】
画像形成システム５００ａでは、画像取得装置１００によって取得されたサブ画像のデータが画像処理装置１５０に送られる。画像処理装置１５０は、図１Ａ〜図６を参照して説明した原理を用いて、複数のサブ画像を合成して、サブ画像の各々よりも分解能の高い、被写体の高分解能画像を形成する。
【００７１】
画像処理装置１５０は、汎用または専用のコンピュータによって実現され得る。画像処理装置１５０は、画像取得装置１００とは異なる装置であってもよいし、画像取得装置１００の一部であってもよい。画像処理装置１５０は、画像取得装置１００の各部の動作を制御するための各種のコマンドを供給する制御装置としての機能を備える装置であり得る。ここでは、画像処理装置１５０が制御装置としての機能も有している構成を例示して説明する。もちろん、画像処理装置１５０と制御装置とが別個の装置であるような構成を有するシステムも可能である。例えば、インターネットなどのネットワークを介して制御装置と画像処理装置１５０とを接続してもよい。制御装置とは別の場所に設置された画像処理装置１５０が、ネットワークを介して制御装置からサブ画像のデータを受け取り、高分解能画像の形成を実行するような構成であってもよい。
【００７２】
図１９に示す例では、画像取得装置１００は、イメージセンサ４の出力を受け取る回路５０（図１９において不図示）を有する回路基板ＣＢ１と、イメージセンサ４にタイミング信号を供給する回路基板ＣＢ２と、回路基板ＣＢ３とを有している。ここでは、回路基板ＣＢ１および回路基板ＣＢ２は、ステージ１３０内に配置されている。
【００７３】
図１９に例示する構成において、回路基板ＣＢ１は、処理回路ｐ１およびＡＦＥ（Analog Front End）６２を有している。ここで説明する例では、イメージセンサ４の出力は、ＡＦＥ６２を介して処理回路ｐ１に送られる。処理回路ｐ１は、ＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＡＳＳＰ（Application Specific Standard Produce）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuits）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などによって構成され得る。回路基板ＣＢ２は、処理回路ｐ２と、画像処理装置１５０に接続可能に構成された入出力部６５とを有している。処理回路ｐ２は、ＦＰＧＡ、ＡＳＳＰ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰ、マイクロコンピュータなどを含み得る。回路基板ＣＢ３は、処理回路ｐ３と、画像処理装置１５０に接続可能に構成された入出力部６６とを有している。処理回路ｐ３は、ＦＰＧＡ、ＡＳＳＰ、ＡＳＩＣ、ＤＳＰなどによって構成され得る。回路基板ＣＢ２および回路基板ＣＢ３と、画像処理装置１５０とは、例えばＵＳＢによって接続され得る。
【００７４】
画像処理装置１５０は、画像取得装置１００に所望の動作を実行させるためのコマンドを供給する。例えば、サブ画像の取得が適切な照射角度のもとで行われるように、画像取得装置１００の光源３０およびステージ１３０の動作に関わるコマンドが画像取得装置１００に送られる。回路基板ＣＢ３の処理回路ｐ３は、受け取ったコマンドに基づき、ステージコントローラ６８を制御するための制御信号を生成する。ステージコントコーラ６８は、その制御信号に基づいて照明角度調整機構１２０を動作させる。図示する例では、照明角度調整機構１２０として２つのゴニオ機構の組み合わせが用いられている。ステージコントコーラ６８の制御により、ステージ１３０の姿勢が変更される。ステージ１３０の姿勢の変化に伴って、ステージ１３０上のイメージセンサ４の姿勢が変化する。また、処理回路ｐ３は、光源駆動回路７０を制御するための信号を生成し、光源３０の点灯および消灯を制御する。図示する例では、光源３０を駆動させるための電力は、ＤＣ−ＤＣコンバータ７２を介して電源７０から供給される。
【００７５】
図１９に例示する構成では、回路基板ＣＢ２の処理回路ｐ２は、イメージセンサ４の駆動に関する情報を画像処理装置１５０から受け取る。処理回路ｐ２は、画像処理装置１５０から受け取った駆動に関する情報に基づき、タイミング信号などを生成する。ステージ１３０に装填された状態のモジュールにおけるイメージセンサ４は、処理回路ｐ２から送られる制御信号に基づいて被写体の撮像を実行する。イメージセンサ４によって取得された、被写体の像を示す画像信号は、回路基板ＣＢ１の処理回路ｐ１に送られる。
【００７６】
処理回路ｐ１は、デジタル信号を出力するように構成された処理回路であり得る。処理回路ｐ１からのデジタル信号は、例えばＬＶＤＳ（Low Voltage Differential Signaling）によって回路基板ＣＢ３の処理回路ｐ３に転送される。なお、ＡＦＥ６２がＡＤ変換回路を有していてもよい。ＡＦＥ６２がこのようなＡＤ変換回路内蔵型である場合、処理回路ｐ１は、処理回路ｐ３に情報を転送するためのタイミング調整、データフォーマット変換などを行う。図示する例では、回路基板ＣＢ１と回路基板ＣＢ３とは、ＬＶＤＳに対応したケーブル７４によって接続されている。上述したように、ここでは、回路基板ＣＢ１は、ステージ１３０内に配置されている。イメージセンサ４の出力をデジタル信号の形で回路基板ＣＢ１の外部に送出することにより、イメージセンサ４の出力をアナログ信号の形で送出する場合と比較してノイズを低減し得る。
【００７７】
ここでは、回路基板ＣＢ２もステージ１３０内に配置されている。回路基板ＣＢ２は、回路基板ＣＢ１に一体的に結合され得る。例えば、ステージ１３０の姿勢の変化に付随して回路基板ＣＢ１および回路基板ＣＢ２の姿勢が変化してもよい。アナログ信号回路を含む回路基板を他の回路基板と分離してステージ１３０内に配置することにより、小型の可動ステージを実現し得るという利点が得られる。
【００７８】
得られたサブ画像のデータは、回路基板ＣＢ３を介して画像処理装置１５０に送られる。その後、照明角度調整機構１２０を動作させて被写体の撮像を繰り返すことにより、複数のサブ画像を取得することができる。
【００７９】
なお、複数の異なる方向に応じて被写体の像を示す画像信号が得られるごとに、順次、画像信号の平均化処理を実行してもよい。異なる照射方向に対応した画像信号が得られるごとに平均化処理を実行することにより、サブ画像におけるノイズをより低減し得る。平均化処理は、例えば回路基板ＣＢ３の処理回路ｐ３によって実行され得る。平均化処理を実行する処理回路は、回路基板ＣＢ３の処理回路ｐ３に限定されず、画像取得装置１００内のいずれかの処理回路において、平均化処理が実行されればよい。
【００８０】
図２０は、画像形成システムの構成の他の一例を示す。図２０に示す画像形成システム５００ｂにおける、図１９の画像形成システム５００ａとの相違点は、回路基板ＣＢ１が入出力部６４を有し、回路基板ＣＢ１と画像処理装置１５０とが接続されている点である。回路基板ＣＢ１と画像処理装置１５０とは、例えばＵＳＢによって接続され得る。
【００８１】
図２０に例示する構成では、得られたサブ画像のデータが、回路基板ＣＢ３を介さずに回路基板ＣＢ１から画像処理装置１５０に送られる。画像処理装置１５０が、イメージセンサ４の駆動タイミングに関するコマンドを回路基板ＣＢ１の処理回路ｐ１に与えてもよい。回路基板ＣＢ１と画像処理装置１５０とを回路基板ＣＢ３を介さずに接続することにより、帯状のケーブルを省略することが可能である。結果として、回路基板ＣＢ１の姿勢をステージ１３０の姿勢とともに変化させるような構成を採用することが容易になる。
【００８２】
以上に説明したように、光源３０から出射される光線に対するイメージセンサ４の配置を相対的に変化させることにより、被写体２を複数の角度から照射して、異なる照射方向に対応した複数のサブ画像を取得することが可能である。上記では、光源３０、レンズ４０および被写体２が直線的に配置された構成を例示した。しかしながら、光源３０、レンズ４０および被写体２の配置はこれまでに説明した例に限定されず、例えば、ミラーなどを用いて光線の向きを変更して被写体２に照明光を照射してもよい。このような構成によれば、画像取得装置をより小型化し得る。
【００８３】
なお、イメージセンサ４は、ＣＣＤイメージセンサに限定されず、ＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサ、または、その他のイメージセンサ（一例として、後述する光電変換膜積層型イメージセンサ）であってもよい。ＣＣＤイメージセンサおよびＣＭＯＳイメージセンサは、表面照射型または裏面照射型のいずれであってもよい。以下、イメージセンサの素子構造と、イメージセンサのフォトダイオードに入射する光の関係を説明する。
【００８４】
図２１は、ＣＣＤイメージセンサの断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す。図２１に示すように、ＣＣＤイメージセンサは、概略的には、基板８０と、基板８０上の絶縁層８２と、絶縁層８２内に配置された配線８４とを有している。基板８０には、複数のフォトダイオード８８が形成されている。配線８４上には、遮光層（図２１において不図示）が形成される。ここでは、トランジスタなどの図示は省略している。以下の図面においてもトランジスタなどの図示を省略する。なお、概略的には、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサにおけるフォトダイオード近傍の断面構造は、ＣＣＤイメージセンサにおけるフォトダイオード近傍の断面構造とほぼ同様である。そのため、ここでは、表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの断面構造の図示および説明を省略する。
【００８５】
図２１に示すように、照明光が撮像面の法線方向から入射する場合、被写体のうち、フォトダイオード８８の直上にある領域Ｒ１を透過した照射光は、フォトダイオード８８に入射する。一方、被写体のうち、配線８４上の遮光層の直上にある領域Ｒ２を透過した照射光は、イメージセンサの遮光領域（遮光膜が形成された領域）に入射する。したがって、撮像面の法線方向から照射した場合には、被写体のうち、フォトダイオード８８の直上にある領域Ｒ１を示す画像が得られる。
【００８６】
遮光膜の直上にある領域を示す画像を取得するためには、領域Ｒ２を透過した光がフォトダイオード８８に入射するように、撮像面の法線方向に対して傾いた方向から照射を行えばよい。このとき、照射方向によっては、領域Ｒ２を透過した光のうちの一部が、配線８４によって遮られることがある。図示する例では、ハッチングによって示す部分を通る光線はフォトダイオード８８には届かない。そのため、斜め入射においては、画素値が幾分低下することがある。しかしながら、透過光の全てが遮られるわけではないので、このときに得られたサブ画像を用いた高分解能画像の形成は可能である。
【００８７】
図２２Ａおよび図２２Ｂは、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサの断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す。図２２Ａに示すように、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサでは、斜め入射の場合であっても透過光が配線８４によって遮られることがない。ただし、被写体のうち、撮像を行いたい領域とは異なる他の領域を透過した光（図２２Ａおよび後述する図２２Ｂ中、太い矢印ＢＡで模式的に示す光）が基板８０に入射することによってノイズが発生し、サブ画像の品質が劣化するおそれがある。このような劣化は、図２２Ｂに示すように、基板においてフォトダイオードが形成された領域以外の領域上に遮光層９０を形成することにより低減することが可能である。
【００８８】
図２３は、有機材料または無機材料で形成した光電変換膜を備えるイメージセンサ（以下、「光電変換膜積層型イメージセンサ」と呼ぶ。）の断面構造と、被写体の相対的な透過率Ｔｄの分布の例とを示す。
【００８９】
図２３に示すように、光電変換膜積層型イメージセンサは、概略的には、基板８０と、複数の画素電極が設けられた絶縁層８２と、絶縁層８２上の光電変換膜９４と、光電変換膜９４上の透明電極９６とを有している。図示するように、光電変換膜積層型イメージセンサでは、半導体基板に形成されるフォトダイオードの代わりに、光電変換を行う光電変換膜９４が基板８０（例えば半導体基板）上に形成されている。光電変換膜９４および透明電極９６は、典型的には、撮像面の全体にわたって形成される。ここでは、光電変換膜９４を保護する保護膜の図示を省略している。
【００９０】
光電変換膜積層型イメージセンサでは、光電変換膜９４における入射光の光電変換によって発生した電荷（電子または正孔）が画素電極９２によって集められる。これにより、光電変換膜９４に入射した光の量を示す値が得られる。したがって、光電変換膜積層型イメージセンサでは、撮像面において、１つの画素電極９２を含む単位領域が１つの画素に相当するといえる。光電変換膜積層型イメージセンサでは、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサと同様に斜め入射の場合であっても透過光が配線によって遮られることがない。
【００９１】
図１Ａ〜図６を参照して説明したように、高分解能画像の形成においては、被写体の異なる部分から構成される像を示す複数のサブ画像が用いられる。ところが、典型的な光電変換膜積層型イメージセンサでは、撮像面の全体にわたって光電変換膜９４が形成されているので、例えば垂直入射の場合であっても、被写体の所望の領域以外の領域を透過した光によっても光電変換膜９４において光電変換が生じ得る。このときに発生した余分な電子または正孔が画素電極９２に引き込まれると、適切なサブ画像が得られないおそれがある。したがって、画素電極９２と透明電極９６とが重なる領域（図２３において網掛けされた領域）において発生した電荷を画素電極９２に選択的に引き込むことが有益である。
【００９２】
図２３に例示する構成では、画素電極９２のそれぞれと対応して、画素内にダミー電極９８が設けられている。被写体の像の取得時、画素電極９２とダミー電極９８との間には、適切な電位差が与えられる。これにより、画素電極９２と透明電極９６とが重なる領域以外の領域で発生した電荷をダミー電極９８に引き込み、画素電極９２と透明電極９６とが重なる領域で発生した電荷を選択的に画素電極９２に引き込むことができる。なお、透明電極９６または光電変換膜９４のパターニングによっても、同様の効果を得ることが可能である。このような構成においては、画素の面積Ｓ１に対する画素電極９２の面積Ｓ３の比率（Ｓ３／Ｓ１）が、「開口率」に相当するということができる。
【００９３】
既に説明したように、Ｎを２以上の整数するとき、イメージセンサ４の開口率が近似的に１／Ｎに等しければ、最大Ｎ倍の高分解能化が可能になる。言い換えれば、開口率が小さい方が高分解能化には有利である。光電変換膜積層型イメージセンサでは、画素電極９２の面積Ｓ３を調整することによって、開口率に相当する比率（Ｓ３／Ｓ１）を調整することが可能である。この比率（Ｓ３／Ｓ１）は、例えば１０％〜５０％の範囲に設定される。比率（Ｓ３／Ｓ１）が上記の範囲内にある光電変換膜積層型イメージセンサは、超解像に用いられ得る。
【００９４】
なお、図２１および図２２Ｂからわかるように、ＣＣＤイメージセンサおよび表面照射型ＣＭＯＳイメージセンサにおいて被写体と対向する表面は平坦ではない。例えば、ＣＣＤイメージセンサでは、その表面に段差が存在する。また、裏面照射型ＣＭＯＳイメージセンサでは、高分解能画像を形成するためのサブ画像を取得するには、パターニングされた遮光層を撮像面上に設けることが必要であり、被写体と対向する表面は平坦ではない。
【００９５】
これに対し、光電変換膜積層型イメージセンサの撮像面は、図２３からわかるように、ほぼ平坦な面である。したがって、撮像面上に被写体を配置した場合であっても、撮像面の形状に起因する被写体の変形がほとんど生じない。言い換えれば、光電変換膜積層型イメージセンサを用いてサブ画像を取得することによって、被写体のより詳細な構造を観察し得る。
【００９６】
本明細書において説明される上述の種々の態様は、矛盾が生じない限り互いに組み合わせることが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００９７】
本開示によれば、より小型の画像取得装置を提供できる。本開示の実施形態による画像取得装置または画像形成システムは、イメージセンサの固有分解能を超える分解能を実現する高分解能化技術の適用を容易にし得る。高分解能画像は、例えば病理診断の場面において有益な情報を提供する。
【符号の説明】
【００９８】
２    被写体
４    イメージセンサ
８    透明プレート
１０，Ｍ    モジュール
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ    光源
４０    レンズ
１００，１００ａ，１００ｂ    画像取得装置
１１０，１１０ａ，１１０ｂ    光学系
１２０，１２０ａ，１２０ｂ，１２０ｃ，１２０ｄ，１２０ｅ，１２０ｆ，１２０ｇ，１２０ｈ    照明角度調整機構
１３０    ステージ
５００ａ，５００ｂ    画像形成システム
ＣＢ１，ＣＢ２，ＣＢ３    回路基板
ｐ１，ｐ２，ｐ３    処理回路
【図１Ａ】
2016027448.tif 000003
【図１Ｂ】
2016027448.tif 000004
【図２Ａ】
2016027448.tif 000005
【図２Ｂ】
2016027448.tif 000006
【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２Ａ】
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【図２２Ｂ】
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【図２３】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月3日(2017.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズおよび前記レンズの焦点面内に配置された光源を有する光学系であって、コリメートされた照明光を生成する光学系と、
被写体に対する前記照明光の照射方向を変更できるように構成された照明角度調整機構と、
前記被写体を透過した前記照明光がイメージセンサに入射するように前記被写体および前記イメージセンサが一体化されたモジュールが、着脱自在に装填されるように構成されたステージであって、前記モジュールが装填された状態において前記イメージセンサの出力を受け取る回路を有するステージと
を備える画像取得装置。
【請求項２】
前記照明角度調整機構は、前記ステージおよび前記光源の向きの少なくとも一方を、直交する２軸まわりに独立して回転可能な機構を含んでいる、請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記照明角度調整機構は、前記ステージの姿勢および前記光源の向きの少なくとも一方を変化させるゴニオ機構を含んでいる、請求項１または２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
前記照明角度調整機構は、前記ステージの中心を通る回転軸に関して前記ステージおよび前記光源の少なくとも一方を回転させる機構を含んでいる、請求項１から３のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記照明角度調整機構は、前記ステージ、前記光源および前記レンズの少なくとも１つを平行移動させるスライド機構を含んでいる、請求項１から４のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項６】
前記光源は、互いに異なる波長域の光を出射する複数の発光素子の組を有する、請求項１から５のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項７】
前記光源は、互いに異なる位置に配置された複数の前記組を有する、請求項６に記載の画像取得装置。
【請求項８】
前記レンズは、アクロマートレンズである、請求項６または７に記載の画像取得装置。
【請求項９】
前記ステージは、前記イメージセンサの出力をデジタル信号に変換して出力する第１処理回路を含む第１回路基板を有する、請求項１から８のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項１０】
前記ステージは、前記イメージセンサの制御信号を生成する第２処理回路を含む第２回路基板を有し、
前記第２回路基板は、第１回路基板に一体的に結合されている、請求項９に記載の画像取得装置。
【請求項１１】
前記画像取得装置は、さらに、前記照射方向に応じて前記被写体の像を示す画像信号が得られるごとに、順次、平均化処理を行うように構成された第３処理回路を備える、請求項１から１０のいずれかに記載の画像取得装置。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の画像取得装置と、
前記照明光の前記照射方向を変えて取得した複数の前記被写体の画像を合成することにより、前記複数の画像の各々よりも分解能の高い前記被写体の高分解能画像を形成する画像処理装置と、
を備える画像形成システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４２】
ある態様による画像取得装置は、さらに、照射方向に応じて被写体の像を示す画像信号が得られるごとに、順次、平均化処理を行うように構成された第３処理回路を備える。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４３】
本開示の他の一態様である画像形成システムは、上記のいずれかに記載の画像取得装置と、画像処理装置とを備える。画像処理装置は、照明光の照射方向を変えて取得した複数の被写体の画像を合成することにより、複数の画像の各々よりも分解能の高い被写体の高分解能画像を形成する。
【国際調査報告】
2016027448.tif 000036
2016027448.tif 000037
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