(57)【要約】【課題】  複数の撮像素子を配置して画像を取得し観察する際、撮像素子間の非撮像領域で反射、吸収された光による画質の低下を低減することができる撮像装置を提供する。【解決手段】  照明光学系（１００）により光源（１１０）からの光を対象物（２２５）に照明し、撮像光学系（３００）を介して前記対象物の像を複数の撮像素子（４３０）を用いて取得する撮像装置（１）であって、前記照明光学系は複数のインテグレータ（１２１）を有し、前記複数のインテグレータのうち一つのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、前記残りのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち前記一つのインテグレータから射出される光によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明する。【選択図】  図１
2012078784.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
光源を含み前記光源からの光を被照射面に導く照明光学系と、前記被照射面を撮像するための撮像光学系と、前記撮像光学系の像面に配置された複数の撮像素子と、を有する撮像装置であって、
前記照明光学系は第１および第２のインテグレータを含む複数のインテグレータを有し、
前記第１のインテグレータから射出される光束が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、
前記第２のインテグレータから射出される光束が、前記複数の撮像素子のうち前記第１のインテグレータから射出される光束によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記第１のインテグレータから射出される光束と前記第２のインテグレータから射出される光束とが、前記撮像光学系の像面において重ならないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数のインテグレータは、内面反射を複数回行うことによって照射面を形成するロッドインテグレータであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数のロッドインテグレータによって複数の離散的な照明面を形成することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数のロッドインテグレータの各々の射出面から射出される光束は前記複数の撮像素子の各々を照明し、前記複数のロッドインテグレータの各々の射出面の形状は、前記各々の射出面から射出された光束が照明する前記複数の撮像素子の各々の形状に対応していることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数のインテグレータは複数のレンズアレイで構成されており、ケーラー照明によって離散的に照射面を形成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数のレンズアレイの各々の照明面から射出される光束は前記複数の撮像素子の各々を照明し、前記複数のレンズアレイで形成された各々の照明面の形状は、前記各々の照明面から射出された光束が導かれる前記複数の撮像素子の各々の形状に対応していることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記光源は、前記複数のインテグレータによって形成される複数の離散的な照明面に、各々に独立して光を供給することを特徴とする請求項４〜７のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数の撮像素子に入射する光量を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果から前記複数の撮像素子の各々に入射する光量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記制御手段は、前記複数の撮像素子の各々に入射する光量のばらつきが小さくなるように前記光量を制御することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記計測手段は、前記撮像素子であることを特徴とする請求項９または１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記計測手段は、前記被照射面と共役な面に配置された光量計であることを特徴とする請求項９または１０に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記被照射面に配置された撮像対象物と前記複数の撮像素子との相対位置を光軸と垂直な方向に変えて、前記撮像対象物の撮像を複数回行うことで、１つの画像を取得することを特徴とする請求項１〜１２のいずれか１項に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、標本の画像を撮像する撮像装置の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、標本全体から細胞組織までの外形情報を電子化画像として取り込んで、モニターに表示させることができる撮像装置が注目されている。
【０００３】
例えば、特許文献１では、解像度の高い高倍率での撮影画像をつなぎ合わせ、標本全体の画像として形成するという方法が開示されている。しかしながら、この方法では、標本全体に対して多くの高倍率画像を取得する必要があるため、全体画像を得るための時間が多大にかかる場合が多い。そこで、特許文献２や特許文献３では、視野が大きく且つ解像度の高い対物レンズを用意し、撮像部に撮像素子を複数配置し、高速で高倍率撮像をする方法が開示されている。
【０００４】
ここで、複数の撮像素子を用いた例を図２に示す。図２（ａ）は、撮像対象物を、図２（ｂ）は撮像装置の撮像部を表す。２２０は、撮像対象物である標本２２５を保持する標本保持部（たとえばスライドガラス）であり、２２８は照明されている領域を表す。そして、２２５Ｃは撮像対象物の像であり、４２０は電気基板であり、４３０は撮像素子であり、２２８Ｃは照明領域２２８が像面で結像する領域である。図２（ａ）のように標本に対して照明された光（照明領域２２８）は、図２（ｂ）のように電気基板４２０および複数の撮像素子４３０を含む領域（領域２２８Ｃ）に結像される。
【０００５】
複数の撮像素子４３０を隙間無く配置することは配線等の理由により困難であるため、撮像素子間には隙間ができてしまう。そのため、標本もしくは撮像部を複数回駆動して位置を変えつつ、そのたびに撮像し、撮像した画像を合成して全体画像を形成することで、標本全体の外形情報を画像として取得する。ここで複数の撮像素子を用いるのは、広い視野に対して一括撮像できる大きな撮像素子を用意することが、非常に困難だからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１０２０１
【特許文献２】特開２００９−００３０１６
【特許文献３】特開２００９−０６３６６５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
複数の撮像素子を用いた場合、図２（ａ）のように標本全体に対して光軸対称な領域全体を照明すると、像面では図２（ｂ）のように各撮像素子の間や外側にも標本の像が結像する。この時、各撮像素子の間や外側で結像する光は、電気基板や機械部に当たって反射し、他の電気基板、機械部、撮像光学系のレンズ等に当たって、最後はフレア等の撮像に対して好ましくない光として撮像素子に入射する場合がある。そうすると、画質の低下につながる可能性がある。
【０００８】
また、各撮像素子の間や外側で反射しない場合、電気基板にそのまま熱として吸収されるが、撮像素子の特性は熱によって変わってしまうため、この熱によって画質が低下してしまう可能性がある。
【０００９】
そこで、本発明では、複数の撮像素子を配置した撮像装置において、撮像素子以外に光が照射されることによる画質の低下を低減することができる撮像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】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、光源を含み前記光源からの光を被照射面に導く照明光学系と、前記被照射面を撮像するための撮像光学系と、前記撮像光学系の像面に配置された複数の撮像素子と、を有する撮像装置であって、前記照明光学系は第１および第２のインテグレータを含む複数のインテグレータを有し、前記第１のインテグレータから射出される光束が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、前記第２のインテグレータから射出される光束が、前記複数の撮像素子のうち前記第１のインテグレータから射出される光束によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の撮像素子を配置した撮像装置において、撮像素子以外に光が照射されることによる画質の低下を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の撮像装置全体の説明図
【図２】光軸対称な領域を照明した場合の照明状態についての説明図
【図３】図１のオプティカルインテグレータ部の実施例の説明
【図４】図１のオプティカルインテグレータ部の実施例の説明
【図５】オプティカルロッドのインテグレート効果の説明図
【図６】図１のオプティカルインテグレータ部／標本部／撮像部の照明・結像状態の説明図
【図７】図１において複数回の撮像による全体像取得の説明図
【図８】図１において複数回の撮像による全体像取得の説明図
【図９】図１のオプティカルインテグレータ部／標本部／撮像部の照明・結像状態の説明図
【図１０】図１の撮像部における照明部と撮像素子の関係についての説明図
【図１１】図１のオプティカルインテグレータ部の実施例の説明
【図１２】図１のオプティカルインテグレータ部の実施例の説明
【図１３】図１のオプティカルインテグレータ部の実施例の説明
【図１４】図１の光源ユニットから標本部の実施例の説明図
【図１５】図１の光源ユニットからオプティカルインテグレータ部の実施例の説明図
【図１６】１本のオプティカルロッドに複数の光源からの光を入射させる構成の説明図
【図１７】複数の光源チャンネルを持った光源ユニットの説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の様々な実施例の撮像装置について説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、本実施形態の撮像装置の概要図である。図１において、撮像装置１は、光源ユニット１１０からの光を撮像対象物２２５が配置されている被照射面Ｂに導く照明光学系１００と、標本部２００を有する。更に、被照射面上の撮像対象物の像を結像するための撮像光学系３００と、撮像光学系３００の像面に複数の撮像素子４３０を配置した撮像素子部（撮像部）４００を有している。
【００１５】
照明光学系１００は、光源ユニット１１０と、複数のオプティカルロッド１２１（第１のインテグレータ、第２のインテグレータ）を有するオプティカルインテグレータ部１２０と、例えばミラー１３５やレンズ等を含む共役光学系１３０で構成される。光源ユニット１１０は、標本部２００の標本を照明するための光束を放射しており、例えば、１つまたは複数のハロゲンランプやキセノンランプ、ＬＥＤ等で構成されている。
【００１６】
光源ユニット１１０は、複数のオプティカルロッド１２１にのみ光を供給する。例えば、図３に示すように、光源１１１からの発散光を、平行化レンズ１１２で平行化し、レンズアレイ１１３にて所望の位置及び角度で集光する。もしくは、図４に示すように、電気基板１１５上に配置した複数の光源１１１からの光を、その後段にあるオプティカルロッドに各々に独立して入射させる。また、複数の光源１１１と各オプティカルロッド１２１の間に、集光レンズがあってもよい。
【００１７】
オプティカルロッドは、均一な照明面を形成する方法として知られているが、そのしくみを図５にて簡潔に記す。図５のオプティカルロッド１２１は、長さがＬ、ロッド端一辺の長さが２ｒの正方形となっている。ここで、角度をもった光がロッド端面ａの中心点Ｐ０に入射する場合のみを考える。
【００１８】
光線が光軸に対してαの角度でロッド端面ａに入射し、ロッド内で光軸に対してα’の角度で進行するならば、αとα’にはｓｉｎα＝ｎｓｉｎα’（ただし、空気中の屈折率を１、ロッドの屈折率をｎとする）の関係がある。ロッド内での光線角度α’に着目するとき、０≦α’＜α１のなら、光線はロッド側面に当たることなくロッドのもう一方の端ｂに到達する。ロッド端面ｂから見た場合、この光線は点Ｐ０からのみ発せられたように見える。
【００１９】
α’≧α１の場合は、光線はロッド側面に当たり、全反射する。光線角度α’がα１≦α’＜α２の場合、光線はロッド側面で１回だけ全反射するが、ロッド端面ｂから見た場合、この光線は点Ｐ１から発せられたように見える。つまりＰ０とは異なる点から光が発せられ、ロッド端面ｂを照明しているように見える。光線角度α’がα２≦α’＜α３の場合、光線はロッド端面で２回全反射するが、ロッド端面ｂから見た場合、この光線は点Ｐ２から発せられたように見える。つまりＰ０やＰ１とは異なる点から光が発せられ、ロッド端面ｂを照明しているように見える。
【００２０】
このように反射回数が増すごとに、ロッド端面ｂを照明する虚像が増えることになり、複数の点から照明されていることになるため、結果としてロッド内の反射回数が増すごとに、ロッド端面ｂでの照度は均一度を増すことになる。定性的には、α’が大きいほど、ｒが小さいほど、またＬが大きいほど反射回数が増える。ただし、内面反射により射出面で照度を均一化できるものであれば、図５の例のようなガラス状のロッドでなくともよい。たとえば、矩形の空洞部を形成した金属性のロッドに光を入射させると、空洞部内部では側面でのミラーの働きにより複数回反射が起こり、空洞部射出面で均一な照度の面を形成できる。
【００２１】
以上が、オプティカルロッド１２１が、内面反射を複数回行うことにより、ロッド側面で光を漏らさず、ロッド射出面で均一な照度の面を形成するしくみである。
【００２２】
図１に戻って、オプティカルインテグレータ部１２０は、光源ユニット１１０から放射される光束を側面に漏らすことなく導光し、各オプティカルロッド１２１の射出端面で均一な照明面を形成している。オプティカルインテグレータ部１２０の射出面を面Ａとしたとき、この面Ａは図６（ａ）に示すように、複数のオプティカルロッド１２１に対応して離散的に均一な照明分布を形成している。この面を共役光学系１３０で結像し、被照射面Ｂを照明する。なお、共役光学系１３０は、照明面Ｂで撮像に必要な均一性が得られるのであれば、標本面Ｂと面Ａとが完全に共役な位置に配置されている必要は無く、略共役な位置に配置されていればよい。
【００２３】
標本部２００は、標本ステージ２１０と、標本保持部２２０で構成される。標本ステージ２１０は、標本保持部２２０の位置を光軸方向や光軸と垂直な方向、もしくは光軸に対して傾くように動かすことができる。標本保持部２２０は、例えばスライドガラスと標本２２５（図６（ｂ））とカバーガラス（図不出）で構成され、標本２２５と被照射面Ｂが一致するように保持する。このとき、標本２２５は、図２（ａ）のように光軸対称に照明されるのではなく、図６（ｂ）に示すように離散的に照明されており、各照明領域２２７は均一な照度となっている。
【００２４】
撮像光学系３００は、被照射面Ｂで照明された標本の像を、広画角かつ高い解像度で撮像面Ｃに結像する光学系である。撮像面Ｃにおいて、観察したい標本２２５は、撮像光学系３００によって、図６（ｃ）の点線で示すように像２２５Ｃとして結像される。
【００２５】
ここで、撮像部４００は、撮像ステージ４１０と、電気基板４２０と撮像素子４３０で構成されている。撮像素子４３０は、図６（ｃ）で示すように、電気基板４２０上に隙間を空けて配置されており、撮像ステージ４１０で撮像光学系３００の結像面Ｃに一致するように配置されている。撮像面Ｃでは、標本が照明されている領域の大きさ２２７Ｃと、撮像素子の大きさ４３０とを一致させる。図６（ｃ）で示すように、あるオプティカルロッドである撮像素子を照明し、他のオプティカルロッドは、あるオプティカルロッドで照明された撮像素子以外の撮像素子を照明する。
【００２６】
撮像光学系の光学系倍率をβ、共役光学系の光学系倍率をβ’としたとき、撮像素子４３０の大きさが□Ｔであれば、ロッド端面の大きさは、□Ｔ×（１／β）×（１／β’）となる。また、各撮像素子に標本の像が□Ｔ×ａ（ｍｍ）（ただしａ＞１）の領域だけ結像するように少し余裕を持たせてもよく、その場合、ロッドの端面の大きさは図６（ａ）に示すように□Ｔ×ａ×（１／β）×（１／β’）となる。その結果、撮像面Ｃでは、図２（ｂ）のように撮像素子が配置されていない所に照射される光量を低減し、図６（ｃ）のように撮像素子が配置されている所に物体からの光が結像する。
【００２７】
本発明の撮像装置では、光軸と直交する面内において、オプティカルインテグレータ射出面Ａと標本面Ｂと撮像面Ｃのうち、少なくとも一つ以上の面の相対位置を変えて、被照射面上の撮像対象物を複数回撮像している。
【００２８】
図７にて、複数の撮像素子４３０を格子状に配置し、標本保持部２２０を同図の斜め方向にずらしながらその都度撮影し、撮像画像を張り合わせている例を示す。図７（ａ）〜図７（ｃ）は、標本保持部２２０を光軸に対して垂直なＸＹ方向に、撮像素子４３０の有効寸法の半分だけずらした場合の撮像部４００での撮像素子４３０と標本２２５の像２２５Ｃの関係を示す。
【００２９】
図７（ａ）の位置で１回目の撮像を行った場合、標本２２５の像２２５Ｃは図７（ｄ）に示すように撮像素子の存在する領域のみが離散的に撮像される。次に、標本保持部２２０をずらし、図７（ｂ）の位置で２回目の撮像を行った場合、先に取得した画像と組み合わせると、図７（ｅ）に示す部分を撮像していることになる。最後に、更に標本保持部２２０をずらして図７（ｃ）の位置に標本２２５を移動させて撮像し、これまでの２回の撮像で取得した画像と重なり合わせると、図７（ｆ）で示す撮像領域全体を画像化することができる。
【００３０】
また、本実施例においては図８（ａ）〜図８（ｃ）のように複数の撮像素子４３０を千鳥状に配置し、標本保持部２２０をＸ方向に撮像素子４３０のＸ方向の有効寸法だけずらしながら、その都度撮像し、撮像した画像を張り合わせる方法も適用できる。
【００３１】
標本保持部２２０をＸ方向に対して移動させながら撮像を繰り返すとき、撮像素子４３０は、Ｘ方向から見たとき、画像を張り合わせるための重なりを持たせるように配置する。ただし、図８の場合、撮像素子４３０の形が長方形であるので、オプティカルロッド１２１の射出面の形は、撮像素子と相似関係にある長方形にする。このように、オプティカルロッド１２１の射出面の形状を撮像素子の形状に対応させることで、撮像素子外に照射される光量を低減し、且つ受光面積を有効に利用することが可能となる。ここで、対応させるとは、例えば、撮像素子の形状が矩形や六角形である場合、オプティカルロッドの射出面の形状もそれに合わせて矩形や六角形にすることである。撮像素子の形状とオプティカルロッドの射出面の形状を相似関係や、相似とまではいかなくともそれに近くすれば、撮像素子の受光面積をより有効に利用することが可能となる。
【００３２】
このときのオプティカルインテグレータ射出面Ａと標本面と撮像面の照明の様子を図９に示す。前述のように、撮像光学系の光学系倍率をβ、共役光学系の光学系倍率をβ’とする。そのとき、撮像素子４３０の大きさがＸ方向でＴｘ、Ｙ方向でＴｙであるならば、ロッド端面のＸ方向長さはＴｘ×（１／β）×（１／β’）、Ｙ方向長さはＴｙ×（１／β）×（１／β’）とする。
【００３３】
図８（ａ）の位置で１回目の撮像を行った場合、標本２２５の像２２５Ｃは図８（ｄ）に示すように撮像素子の存在する領域のみが離散的に撮像される。
【００３４】
次に、標本保持部２２０をずらし図８（ｂ）の位置で２回目の撮像を行った場合、先に取得した画像と組み合わせると、図８（ｅ）に示す部分を撮像していることになる。
【００３５】
最後に、更に標本保持部２２０をずらして図８（ｃ）の位置に標本２２５を移動させて撮像し、これまでの２回の撮像で取得した画像と重なり合わせると、図８（ｆ）で示す撮像領域全体を画像化することができる。
【００３６】
このようにして、複数枚の画像データを図１における画像処理手段５１０でつなぎ合わせ、その画像を記録手段５３０に格納し、画像表示手段５２０に表示する。
【００３７】
本実施形態によれば、複数のオプティカルインテグレータから射出される各光束が各撮像素子を照明する、言い換えると、複数のオプティカルインテグレータから射出される各光束が撮像光学系を介して得られる各撮像素子の共役像を照明する。これにより、撮像素子が配列されている部分に標本の像を結像することが可能となる、言い換えると撮像素子以外の撮像に関係のない部分へ照射される光量を低減することができるため、撮像に対してフレア等の好ましくない光が発生しにくくなり、画質の劣化を低減できる。また、撮像部における電気基板等での反射、吸収の影響を少なくすることができるため、電気配線や機械部の配置の自由度が向上する。厳密には、共役光学系１３０や撮像光学系３００の収差もしくはフォーカスずれなどで各照明領域がぼけて、撮像素子以外の領域に光が当たることが考えられる。しかしながら、各照明領域で発生するボケやボケの重なりがある部分の照度が撮像素子上での照度より低くなるようにしていれば、検体全体を一括照明する場合に対しては、光を効率的に利用しつつ、散乱光による画質低下を低減できると言える。
【００３８】
さらに、必要な部分にのみ照明することで、光源の利用効率を高めることもできる。光源は温度によって発光波長や発光量が変化する場合があるが、このように利用効率を高めると、光源の特性変動に関する画質劣化の低減にも効果がある。
【００３９】
（第２実施形態）
撮像光学系の光学系倍率βや共役光学系の光学系倍率β’、撮像領域等の設計事項の制約により、第１実施形態のようにロッド１つと撮像素子１つを対応させるのが難しい場合、ロッド１つと複数の撮像素子を対応させてもよい。例えば、図１０のように、撮像素子４つで占められる領域を均一に照明するために、１つのロッドから照明しても良い。この場合、第１実施形態を用いた場合ほどではなくとも、全撮像素子が撮像する領域を照明する従来の場合よりも、画質への影響を軽減することが出来る。
【００４０】
（第３実施形態）
第１、第２実施形態では、オプティカルインテグレータ部１２０にオプティカルロッドを用いたが、レンズアレイを用いることもできる。その例を図１１に示す。
【００４１】
各光源１１１から放射された光を平行化レンズ群１１６の各レンズで平行化し、さらに微小なレンズからなるレンズアレイ１２２で集光もしくは発散させ、平行化レンズ群１２３の各レンズでオプティカルロッド射出面に相当する面Ａを照明する。
【００４２】
レンズアレイ１２２は、Ｘ方向の曲率とＹ方向の曲率が異なるトロイダル面を持った矩形のレンズが、複数つなぎあって形成されている。そして、レンズアレイ１２２の各レンズは、図１２に示すように、円形ではなく矩形にし、二方向での曲率を変えることで照明面のｘ方向の大きさ（ｘＡ）とｙ方向の大きさ（ｙＡ）を変え、撮像素子の大きさに合わせた形状に光を整形する。もしくは、レンズアレイ１２２は、図１３に示すように、片側の面に一方向のみ曲率をもつシリンドリカル面を持ち、もう片側の面が平面となるシリンドリカルレンズを組み合わせて用いてもよい。この例では、Ｘ方向から見ると、一つはＸ方向に曲率を持っており、もう一つは平板としてみなすことができる（図１３（ａ））。また、Ｙ方向から見ると、一つは平板で、もう１つはＹ方向に曲率を持っているとみなすことができる（図１３（ｂ））。
【００４３】
図１１に戻ると、レンズアレイ１２２と平行化レンズ１２３は、平行化レンズ群１２３のレンズの焦点距離ｆだけ離れており、さらにｆ離れた面Ａを照明する。このとき、レンズアレイ１２２の複数のレンズからの光束は、平行化レンズ群１２３の各レンズに入射し（図１１の光線で図示）、面Ａで重畳され、均一な照明を形成する（ケーラー照明）。この例では、面Ａにおいて、各光源に対応してケーラー照明で均一照明されている照明部が、離散的に複数形成されることになる。
【００４４】
面Ａでは空中像が形成できるため、共役光学系を取り除いて面Ａと標本面Ｂを一致させても良いし、設計事情に合わせて変倍光学系として共役光学系を配置しても良い。こうすると、図６（ｃ）で示したように、離散的に配置され撮像素子の大きさと配置に合わせて、離散的かつ均一な照明部を形成できる。その結果、撮像素子部以外の部分に照射される光を低減できるため、フレア等の発生を低減することができ、画質の劣化を低減することができる。
【００４５】
（第４実施形態）
ところで、良好な画像を得るために、各撮像素子での撮影条件をそろえるべく、照度を均一にすることが重要であると上述した。
【００４６】
この撮影条件は、像を受ける撮像素子ごとに、照度ばらつきや撮像素子ばらつき、光学系の透過率ばらつきなどの影響を受けるため、求める画像によっては、そのばらつきを厳しく補正しなければならない。以下に、そのばらつきを補正する方法を記す。
【００４７】
ばらつきは、照度ばらつき、透過率ばらつき、撮像素子ばらつきがあるが、それらをまとめて各撮像素子に像として結像される物体（標本２２５）からの光を同じ条件にすればよい。そこで、撮像前に、標本面Ｂに何も置かないようにするか、標本がない硝子平板を挿入した状態で、標本部Ｂを照明する。このとき、本来ならどの撮像素子にも、同じ状態の照度で照明された像が撮像されるはずであるが、撮像素子ごとにばらつきが発生しているなら、各撮像素子の画像には差異が検出される。
【００４８】
差異が検出された場合、その差異をすべての撮像素子に対してソフトウェアで校正し直せば、次回の撮像では差異が補正される。また、その結果を光源の発光量にフィードバックして、制御手段５１０（図１）にて光源を制御することで校正しても良い。光源の発光量の制御は、たとえば切り替え動作が迅速に行えるＬＥＤにおいて、ＬＥＤに流す電流を制御する、もしくは高速でＯｎ／Ｏｆｆさせながらその比を変更することで制御することが可能である。
【００４９】
これらの校正作業をあらかじめ実施した後、実際に標本の撮像を行う。こうすることで、離散的に形成した全ての各照明部において均一な照度での照明をすることができるため、画質の向上を見込むことが出来る。
【００５０】
また、ばらつきは、光量計を別途準備し、その計測結果を用いることでも補正することが出来る。例えば図１４に示すように、共役光学系１３０内のミラー１３５をハーフミラーとして光束の一部を透過させ、標本部Ｂと等価な面Ｂ’に光量計１３６を配置する。光量モニター１３６は、ロッド一本毎に対応するために複数配置してもよいし、大型の撮像素子を配置してもよい。大型の撮像素子を配置する場合は、各照明区画に切り分け、各区間の照度を撮像素子の積算照度として算出する。１３１は共役光学系の前群、１３２は共役光学系の後群である。
【００５１】
もしくは、ロッドに入射する前の光量を計測してもよい。図１５において、光源１１１からの光をレンズアレイ１１２ａで平行化し、レンズアレイ１１２ｂで再び集光化する光学系を考える。図１５（ａ）は側面図であり、図１５（ｂ）は上面図である。レンズアレイ１１２の間に、ハーフミラー１１８を設けて光の一部を分割し、分割した光を光量計１１７で計測する。計測する場合は、図１５の例のように複数の光量計を用いてもよいし、大型の撮像素子を使って、各ロッドに対応する各照明区画に切り分け、各区間の照度を積算照度として算出しても良い。
【００５２】
図１４、図１５では、ロッドインテグレータを用いた例を示しているが、レンズアレイを用いた場合も同様に、ハーフミラーと光量計を用いて光量を計測してもよい。
【００５３】
また、上述のように、ロッドインテグレータを複数配置する場合、各ロッド端に光を供給しなければならないが、光源を何度も取り替えずに済ませるため、ロッド一本に対して複数の光源からの光を供給するように光源部を構成してもよい。
【００５４】
図１６と図１７にてその例を示す。図１６（ａ）は、一本のロッドインテグレータ１２１に複数の光源１１１からの光を入射させる場合の側面図を示しており、図１６（ｂ）は、光源面から見た光源１１１とロッドインテグレータ１２１の位置関係を示す正面図を示している。図１６では、複数の光源（図１６では４つ）からなる光源群（図１６では１６対）がロッドインテグレータの配置に合うように配置された基板を用意し、ロッドインテグレータ一本に対して複数（図１６では４つ）の光源から光を供給している。
【００５５】
この例では、大型の光源を使用する代わりに、小さな光源を複数配置しているため、プリズム等の光源合成部を必要とせず、また冷却機構も必要としないか小さなものですむ。よって、光源を取り替える機会を減らせるだけでなく、光源部を小型に構成することもできる。
【００５６】
図１７で示す例では、複数の光源チャンネルを持ちつつ各々が光量調整可能な光源ユニット１１０があり、そこから複数のファイバー束１１４でロッドインテグレータ１２１に導光する構成になっている。この例では、ファイバー束がある分、光源部が大きくなるが、光の引き回しが容易なため、撮像装置上で配置しやすい場所に光源を配置してファイバーでロッドインテグレータまで導光すれば、装置全体の肥大化を抑制することが出来る。また、上記のように複数の光源で光量を増すことは、１つの光源の発光量を増すことよりも、熱や個体差による発光量の変動を受けにくくなるため、画質が安定しやすくなる（画質の低下を抑える）という効果も得ることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
以上、本発明の実施形態として顕微鏡に適用した場合について説明した。
【００５８】
各実施形態では標本に照射する光の透過光を像面に結像する透過型の光学系について示したが、これに限らず反射型の光学系でも良い。また顕微鏡以外の撮像装置についても同様に適用できる。
【符号の説明】
【００５９】
１  撮像装置
１００  照明光学系
１１０  光源ユニット
１１２  平行化レンズ
１１３  レンズアレイ
１１６  平行化レンズ群
１２０  オプティカルインテグレータ部
１２１  オプティカルロッド
１２２  微小レンズアレイ
１２３  平行化レンズ群
１３０  共役光学系
２００  標本部
２２５  標本
３００  撮像光学系
４００  撮像部
４３０  撮像素子
【図１】
2012078784.tif 000003
【図２】
2012078784.tif 000004
【図３】
2012078784.tif 000005
【図４】
2012078784.tif 000006
【図５】
2012078784.tif 000007
【図６】
2012078784.tif 000008
【図７】
2012078784.tif 000009
【図８】
2012078784.tif 000010
【図９】
2012078784.tif 000011
【図１０】
2012078784.tif 000012
【図１１】
2012078784.tif 000013
【図１２】
2012078784.tif 000014
【図１３】
2012078784.tif 000015
【図１４】
2012078784.tif 000016
【図１５】
2012078784.tif 000017
【図１６】
2012078784.tif 000018
【図１７】
2012078784.tif 000019
【手続補正書】
【提出日】平成23年8月12日(2011.8.12)
【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】
照明光学系により光源からの光を対象物に照明し、撮像光学系を介して前記対象物の像を複数の撮像素子を用いて取得する撮像装置であって、
前記照明光学系は複数のインテグレータを有し、
前記複数のインテグレータのうち一つのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、
前記残りのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち前記一つのインテグレータから射出される光によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記一つのインテグレータから射出される光と前記残りのインテグレータから射出される光とが、前記撮像光学系の像面において重ならないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記複数のインテグレータは、内面反射を複数回行うことによって照射面を形成するロッドインテグレータであることを特徴とする請求項１または２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数のロッドインテグレータによって複数の離散的な照明面を形成することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数のロッドインテグレータの各々の射出面から射出される光は前記複数の撮像素子の各々を照明し、前記複数のロッドインテグレータの各々の射出面の形状は、前記各々の射出面から射出された光が照明する前記複数の撮像素子の各々の形状に対応していることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記ロッドインテグレータの射出面の形状は矩形であることを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数のインテグレータは複数のレンズアレイで構成されており、ケーラー照明によって離散的に照射面を形成することを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記複数のレンズアレイの各々の照明面から射出される光は前記複数の撮像素子の各々を照明し、前記複数のレンズアレイで形成された各々の照明面の形状は、前記各々の照明面から射出された光が導かれる前記複数の撮像素子の各々の形状に対応していることを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記光源は、前記複数のインテグレータによって形成される複数の離散的な照明面に、各々に独立して光を供給することを特徴とする請求項４〜８のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数の撮像素子に入射する光量を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果から前記複数の撮像素子の各々に入射する光量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記制御手段は、前記複数の撮像素子の各々に入射する光量のばらつきが小さくなるように前記光量を制御することを特徴とする請求項１０に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記計測手段は、前記撮像素子であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記計測手段は、前記被照射面と共役な面に配置された光量計であることを特徴とする請求項１０または１１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記対象物の画像データを取得する際に、前記対象物と前記複数の撮像素子との相対位置を変えながら、前記対象物の撮像を複数回行うことを特徴とする請求項１〜１３のいずれか１項に記載の撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、照明光学系により光源からの光を対象物に照明し、撮像光学系を介して前記対象物の像を複数の撮像素子を用いて取得する撮像装置であって、前記照明光学系は複数のインテグレータを有し、前記複数のインテグレータのうち一つのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、前記残りのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち前記一つのインテグレータから射出される光によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明する。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２２】
図１に戻って、オプティカルインテグレータ部１２０は、光源ユニット１１０から放射される光束を側面に漏らすことなく導光し、各オプティカルロッド１２１の射出端面で均一な照明面を形成している。オプティカルインテグレータ部１２０の射出面を射出面Ａとしたとき、この射出面Ａは図６（ａ）に示すように、複数のオプティカルロッド１２１に対応して離散的に均一な照明分布を形成している。この面を共役光学系１３０で結像し、被照射面Ｂを照明する。なお、共役光学系１３０は、被照射面Ｂで撮像に必要な均一性が得られるのであれば、被照射面Ｂと射出面Ａとが完全に共役な位置に配置されている必要は無く、略共役な位置に配置されていればよい。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
ここで、撮像部４００は、撮像ステージ４１０と、電気基板４２０と撮像素子４３０で構成されている。撮像素子４３０は、図６（ｃ）で示すように、電気基板４２０上に隙間を空けて配置されており、撮像ステージ４１０で撮像光学系３００の撮像面Ｃに一致するように配置されている。撮像面Ｃでは、標本が照明されている領域の大きさ２２７Ｃと、撮像素子の大きさ４３０とを一致させる。図６（ｃ）で示すように、あるオプティカルロッドである撮像素子を照明し、他のオプティカルロッドは、あるオプティカルロッドで照明された撮像素子以外の撮像素子を照明する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２７】
本発明の撮像装置では、光軸と直交する面内において、オプティカルインテグレータ射出面Ａと被照射面Ｂと撮像面Ｃのうち、少なくとも一つ以上の面の相対位置を変えて、被照射面Ｂ上の撮像対象物を複数回撮像している。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３２】
このときのオプティカルインテグレータ射出面Ａと被照射面Ｂと撮像面Ｃの照明の様子を図９に示す。前述のように、撮像光学系の光学系倍率をβ、共役光学系の光学系倍率をβ’とする。そのとき、撮像素子４３０の大きさがＸ方向でＴｘ、Ｙ方向でＴｙであるならば、ロッド端面のＸ方向長さはＴｘ×（１／β）×（１／β’）、Ｙ方向長さはＴｙ×（１／β）×（１／β’）とする。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４１】
各光源１１１から放射された光を平行化レンズ群１１６の各レンズで平行化し、さらに微小なレンズからなるレンズアレイ１２２で集光もしくは発散させ、平行化レンズ群１２３の各レンズでオプティカルロッド射出面に相当する射出面Ａを照明する。
【手続補正８】
【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】
図１１に戻ると、レンズアレイ１２２と平行化レンズ１２３は、平行化レンズ群１２３のレンズの焦点距離ｆだけ離れており、さらにｆ離れた射出面Ａを照明する。このとき、レンズアレイ１２２の複数のレンズからの光束は、平行化レンズ群１２３の各レンズに入射し（図１１の光線で図示）、射出面Ａで重畳され、均一な照明を形成する（ケーラー照明）。この例では、射出面Ａにおいて、各光源に対応してケーラー照明で均一照明されている照明部が、離散的に複数形成されることになる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４４】
射出面Ａでは空中像が形成できるため、共役光学系を取り除いて射出面Ａと被照射面Ｂを一致させても良いし、設計事情に合わせて変倍光学系として共役光学系を配置しても良い。こうすると、図６（ｃ）で示したように、離散的に配置され撮像素子の大きさと配置に合わせて、離散的かつ均一な照明部を形成できる。その結果、撮像素子部以外の部分に照射される光を低減できるため、フレア等の発生を低減することができ、画質の劣化を低減することができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４７】
ばらつきは、照度ばらつき、透過率ばらつき、撮像素子ばらつきがあるが、それらをまとめて各撮像素子に像として結像される物体（標本２２５）からの光を同じ条件にすればよい。そこで、撮像前に、被照射面Ｂに何も置かないようにするか、標本がない硝子平板を挿入した状態で、被照射面Ｂを照明する。このとき、本来ならどの撮像素子にも、同じ状態の照度で照明された像が撮像されるはずであるが、撮像素子ごとにばらつきが発生しているなら、各撮像素子の画像には差異が検出される。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５０】
また、ばらつきは、光量計を別途準備し、その計測結果を用いることでも補正することが出来る。例えば図１４に示すように、共役光学系１３０内のミラー１３５をハーフミラーとして光束の一部を透過させ、被照射面Ｂと等価な面Ｂ’に光量計１３６を配置する。光量モニター１３６は、ロッド一本毎に対応するために複数配置してもよいし、大型の撮像素子を配置してもよい。大型の撮像素子を配置する場合は、各照明区画に切り分け、各区間の照度を撮像素子の積算照度として算出する。１３１は共役光学系の前群、１３２は共役光学系の後群である。
【手続補正書】
【提出日】平成24年2月9日(2012.2.9)
【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】
照明光学系により光源からの光を対象物に照明し、撮像光学系を介して前記対象物の像を複数の撮像素子を用いて取得する撮像装置であって、
前記照明光学系は複数のインテグレータを有し、
前記複数のインテグレータのうち一つのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、
前記複数のインテグレータのうち残りのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち前記一つのインテグレータから射出される光によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明することを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記一つのインテグレータから射出される光と前記残りのインテグレータから射出される光とが、前記撮像光学系の像面において重ならないことを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
【請求項３】
前記一つのインテグレータから射出される光と前記残りのインテグレータから射出される光とが、前記撮像光学系の像面において離間していることを特徴とする請求項２に記載の撮像装置。
【請求項４】
照明光学系により光源からの光を対象物に照明し、撮像光学系を介して前記対象物の像を複数の撮像素子を用いて取得する撮像装置であって、
前記照明光学系は、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つに前記光源からの光を導く複数のインテグレータを有し、
前記複数のインテグレータから射出される光によって前記複数の撮像素子を照明した際に、前記撮像光学系の像面において前記複数の撮像素子の間に前記複数のインテグレータから射出される光によって照明されない領域が存在することを特徴とする撮像装置。
【請求項５】
前記複数のインテグレータは、内面反射を複数回行うことによって照射面を形成するロッドインテグレータであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記複数のロッドインテグレータによって複数の離散的な照明面を形成することを特徴とする請求項５に記載の撮像装置。
【請求項７】
前記複数のロッドインテグレータの各々の射出面から射出される光は前記複数の撮像素子の各々を照明し、前記複数のロッドインテグレータの各々の射出面の形状は、前記各々の射出面から射出された光が照明する前記複数の撮像素子の各々の形状に対応していることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記ロッドインテグレータの射出面の形状は矩形であることを特徴とする請求項６に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記複数のインテグレータは複数のレンズアレイで構成されており、ケーラー照明によって離散的に照射面を形成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記複数のレンズアレイの各々の照明面から射出される光は前記複数の撮像素子の各々を照明し、前記複数のレンズアレイで形成された各々の照明面の形状は、前記各々の照明面から射出された光が導かれる前記複数の撮像素子の各々の形状に対応していることを特徴とする請求項９に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記光源は、前記複数のインテグレータによって形成される複数の離散的な照明面に、各々に独立して光を供給することを特徴とする請求項６〜１０のいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記複数の撮像素子に入射する光量を計測する計測手段と、
前記計測手段の計測結果から前記複数の撮像素子の各々に入射する光量を制御する制御手段と、を有することを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記制御手段は、前記複数の撮像素子の各々に入射する光量のばらつきが小さくなるように前記光量を制御することを特徴とする請求項１２に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記計測手段は、前記撮像素子であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の撮像装置。
【請求項１５】
前記計測手段は、前記被照射面と共役な面に配置された光量計であることを特徴とする請求項１２または１３に記載の撮像装置。
【請求項１６】
前記対象物の画像データを取得する際に、前記対象物と前記複数の撮像素子との相対位置を変えながら、前記対象物の撮像を複数回行うことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか１項に記載の撮像装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
【特許文献１】特表２００８−５１０２０１
【特許文献２】特開２００９−００３０１６
【特許文献３】特開２００９−０６３６５６
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明は、照明光学系により光源からの光を対象物に照明し、撮像光学系を介して前記対象物の像を複数の撮像素子を用いて取得する撮像装置であって、前記照明光学系は複数のインテグレータを有し、前記複数のインテグレータのうち一つのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つを照明し、前記複数のインテグレータのうち残りのインテグレータから射出される光が、前記複数の撮像素子のうち前記一つのインテグレータから射出される光によって照明される撮像素子以外の少なくとも一つを照明する。また、本発明は、照明光学系により光源からの光を対象物に照明し、撮像光学系を介して前記対象物の像を複数の撮像素子を用いて取得する撮像装置であって、前記照明光学系は、前記複数の撮像素子のうち少なくとも一つに前記光源からの光を導く複数のインテグレータを有し、前記複数のインテグレータから射出される光によって前記複数の撮像素子を照明した際に、前記撮像光学系の像面において前記複数の撮像素子の間に前記複数のインテグレータから射出される光によって照明されない領域が存在することを特徴とする。