(57)【要約】【課題】複数の離散的に配置された２次元撮像素子群を用いて大画面を撮像する装置において、最少の移動回数で撮像対象領域全体を撮像することで撮像時間を短縮する。【解決手段】複数の撮像素子は、一定のピッチでＸ方向に並べられた複数の撮像素子からなる奇数行と、奇数行と同じピッチで奇数行に対して１／２位相ずらしてＸ方向に並べられた奇数行よりも１多い数の撮像素子からなる偶数行とが、一定のピッチでＹ方向に交互に並ぶように配置されている。偶数行の両端の撮像素子の受光領域がそれぞれ撮像対象領域像のＸ方向の両端を含んでおり、第１行の撮像素子の受光領域から最終行の撮像素子の受光領域までを含む領域のＹ方向の長さは、撮像対象領域像のＹ方向の長さよりも大きい。【選択図】図４
2012060394.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被検試料を支持する支持プレートと、
前記支持プレートに設けられた撮像対象領域に光を照射する光源と、
それぞれが受光領域を有する複数の撮像素子が結像面にＸ方向とＹ方向の２次元的に離散的に配置された撮像手段と、
前記撮像対象領域からの光を導光して、前記撮像手段の結像面に前記撮像対象領域に対応する撮像対象領域像を形成する撮像光学系と、
前記撮像対象領域像に対する各撮像素子の撮像領域の位置を変えて複数回の撮像を行うために、前記撮像対象領域像と前記複数の撮像素子とをＹ方向に相対的に移動させる移動手段と、
複数回の撮像で得られた各撮像領域の画像を合成して前記撮像対象領域全体の画像を生成する合成手段と、
を有し、
前記撮像光学系の有効視野は、前記撮像対象領域像よりも大きく、
前記撮像対象領域像のＸ方向の長さをｘ１、Ｙ方向の長さをｙ１、
前記撮像素子のＸ方向の長さをｘ２、Ｙ方向の長さをｙ２、
前記受光領域のＸ方向の長さをｘ３、Ｙ方向の長さをｙ３、とした場合に、
１．５＜ｘ２／ｘ３＜２．０、
１．５＜ｙ２／ｙ３＜２．０、
ｘ３≧ｘ１／ｍ  （ｍは３以上の奇数）、を満たし、
前記複数の撮像素子は、２×ｘ１／ｍのピッチでＸ方向に並べられた（ｍ−１）／２個の撮像素子からなる奇数行と、２×ｘ１／ｍのピッチで奇数行に対して１／２位相ずらしてＸ方向に並べられた（ｍ＋１）／２個の撮像素子からなる偶数行とが、ｙ２以上、２×ｙ３以下のピッチでＹ方向に交互に並ぶように配置されており、
第１行の撮像素子の受光領域から最終行の撮像素子の受光領域までを含む領域のＹ方向の長さは、前記撮像対象領域像のＹ方向の長さｙ１よりも大きい
ことを特徴とする画像取得装置。
【請求項２】
前記複数の撮像素子の受光領域の少なくとも一部が、前記有効視野の内部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の画像取得装置。
【請求項３】
前記移動手段は、前記支持プレートを移動させることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得装置。
【請求項４】
Ｘ方向に隣接する２つの撮像領域のＹ方向の位置およびＹ方向の読み出し画素数が一致することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項５】
前記移動手段は、各撮像素子の撮像領域が前記撮像対象領域像をＹ方向に沿って順々に埋めるように、前記撮像対象領域像と前記複数の撮像素子とをＹ方向に相対的に移動させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項６】
撮像対象領域全体を撮像するための撮像回数をＮ（Ｎは２以上の整数）、
合成処理のためにＹ方向に隣接する２つの撮像領域に設ける重複領域の最大の長さをＢ、
複数の撮像素子の偶数行の数をＭ、とした場合に、
前記撮像素子の受光領域のＹ方向の長さｙ３は、
ｙ１／（Ｍ×Ｎ）  ≦  ｙ３  ≦  ｙ１／（Ｍ×Ｎ）＋Ｂ
を満たすことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の画像取得装置。
【請求項７】
被検試料を支持する支持プレートと、
前記支持プレートに設けられた撮像対象領域に光を照射する光源と、
それぞれが受光領域を有する複数の撮像素子が結像面にＸ方向とＹ方向の２次元的に離散的に配置された撮像手段と、
前記撮像対象領域からの光を導光して、前記撮像手段の結像面に前記撮像対象領域に対応する撮像対象領域像を形成する撮像光学系と、
前記撮像対象領域像に対する各撮像素子の撮像領域の位置を変えて複数回の撮像を行うために、前記撮像対象領域像と前記複数の撮像素子とをＹ方向に相対的に移動させる移動手段と、
複数回の撮像で得られた各撮像領域の画像を合成して前記撮像対象領域全体の画像を生成する合成手段と、
を有し、
前記撮像光学系の有効視野は、前記撮像対象領域像よりも大きく、
前記撮像素子のサイズは前記受光領域のサイズに対して１．５倍よりも大きく、且つ、２倍よりも小さく、
前記複数の撮像素子は、一定のピッチでＸ方向に並べられた複数の撮像素子からなる奇数行と、奇数行と同じピッチで奇数行に対して１／２位相ずらしてＸ方向に並べられた奇数行よりも１つ多い数の撮像素子からなる偶数行とが、一定のピッチでＹ方向に交互に並ぶように配置されており、
偶数行の両端の撮像素子の受光領域がそれぞれ前記撮像対象領域像のＸ方向の両端を含んでおり、
第１行の撮像素子の受光領域から最終行の撮像素子の受光領域までを含む領域のＹ方向の長さは、前記撮像対象領域像のＹ方向の長さよりも大きい
ことを特徴とする画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、画像取得装置に関し、特に，複数の離散的に配置された２次元撮像素子を用いて大画面を撮像する画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、病理分野において、プレパラートに載置された被検試料を撮像しデジタル化してディスプレイ上での病理診断を可能とするバーチャルスライド装置が注目を集めている。バーチャルスライド装置による病理診断のデジタル化により、プレパラート上の被検試料の光学顕微鏡像をデジタルデータとして取り扱える。それによって、遠隔診断の迅速化、患者へのデジタル画像を使った説明、希少症例の共有化、教育・実習の効率化、などのメリットが得られると期待されている。
【０００３】
光学顕微鏡での操作をバーチャルスライド装置によるデジタル化で実現するためには、プレパラート上の被検試料全体をデジタル化する必要がある。被検試料全体のデジタル化により、バーチャルスライド装置で作成したデジタルデータをＰＣやＷＳで動作するビューワソフトで観察することができる。光学像のデジタル化には撮像素子を用いる。被検試料上の０．５μｍを撮像素子の１画素に対応させる場合、プレパラート上の被検試料の大きさが１５ｍｍ×１５ｍｍとすると、被検試料全体のデジタル化には９億画素（３００００画素×３００００画素）が必要となる。ここで撮像素子に要求される有効受光領域の大きさを考えると、対物レンズの倍率が６倍の場合は９０ｍｍ×９０ｍｍ、倍率８倍の場合は１２０ｍｍ×１２０ｍｍとなる。これを実現できる単体の２次元多画素大判撮像素子はコストが高くなる。そのためバーチャルスライド装置では、数十万から数百万程度の画素数を有する２次元撮像素子、または、数千程度の画素数を有する１次元撮像素子を用いて被検試料の領域を複数に分割して撮像することが一般的である。
【０００４】
２次元撮像素子１個を用いたタイリング方式は、被検試料に対して２次元撮像素子を相対的に移動させながら複数回撮像し、複数枚の撮像画像を隙間なく貼り合わせることで被検試料全体の撮像画像を取得するものである。この単体２次元撮像素子によるタイリング方式では、被検試料の領域分割数が多くなるほど撮像に時間を要するという課題がある。
この課題を解決するための技術として以下の技術が提案されている（特許文献１参照）。特許文献１では、対物レンズの視野内に収まるように設けられた複数の２次元撮像素子からなる撮像素子群を有しており、この撮像素子群の位置と被検試料の位置を相対的に変化させながら複数回撮像することで１画面全体を撮像する技術を開示している。これにより撮像時間の短縮を行っている。さらに、撮像素子群の位置と被検試料の位置の相対的変化を１軸方向に限定することで、移動機構の簡略化と移動時間の短縮を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−００３０１６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、特許文献１には、複数の２次元撮像素子を用いた配置における制約事項の言及がされてない。実際には、シリコンウエハサイズ、パッケージサイズ、パッケージ間の干渉、センサ保持基板、センサ保持機構などの制約のために、２次元撮像素子間に不感領域を確保した配置をしなければならない。特に、数百万画素程度までの２次元撮像素子では、受光領域に対して受光領域以外の不感領域が占める割合が大きく、制約事項の影
響が大きい。撮像素子群の位置と被検試料の位置の相対的変化を１軸方向に限定する場合、上述の不感領域を考慮し、且つ、撮像対象領域が正方形（または正方形に近い形状）の場合には、移動回数が増える傾向にあり、撮像に時間を要する。
【０００７】
ここで、移動機構については、２次元撮像素子群側ではなくプレパラート側に設けたほうが、光学倍率が寄与しない分だけ移動距離を短くできるため、移動機構を簡素化できる利点がある。特許文献１では撮像対象領域像外に２次元撮像素子が配置されているため、移動機構をプレパラート側に設ける場合には撮像光学系の有効視野を大きくしなければならず、撮像光学系の大型化、コストアップに繋がる。
【０００８】
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、複数の離散的に配置された２次元撮像素子群を用いて大画面を撮像する装置において、最少の移動回数で撮像対象領域全体を撮像することで撮像時間を短縮することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１態様は、
被検試料を支持する支持プレートと、
前記支持プレートに設けられた撮像対象領域に光を照射する光源と、
それぞれが受光領域を有する複数の撮像素子が結像面にＸ方向とＹ方向の２次元的に離散的に配置された撮像手段と、
前記撮像対象領域からの光を導光して、前記撮像手段の結像面に前記撮像対象領域に対応する撮像対象領域像を形成する撮像光学系と、
前記撮像対象領域像に対する各撮像素子の撮像領域の位置を変えて複数回の撮像を行うために、前記撮像対象領域像と前記複数の撮像素子とをＹ方向に相対移動させる移動手段と、
複数回の撮像で得られた各撮像領域の画像を合成して前記撮像対象領域全体の画像を生成する合成手段と、
を有し、
前記撮像光学系の有効視野は、前記撮像対象領域像よりも大きく、
前記撮像対象領域像のＸ方向の長さをｘ１、Ｙ方向の長さをｙ１、
前記撮像素子のＸ方向の長さをｘ２、Ｙ方向の長さをｙ２、
前記受光領域のＸ方向の長さをｘ３、Ｙ方向の長さをｙ３、とした場合に、
１．５＜ｘ２／ｘ３＜２．０、
１．５＜ｙ２／ｙ３＜２．０、
ｘ３≧ｘ１／ｍ  （ｍは３以上の奇数）、を満たし、
前記複数の撮像素子は、２×ｘ１／ｍのピッチでＸ方向に並べられた（ｍ−１）／２個の撮像素子からなる奇数行と、２×ｘ１／ｍのピッチで奇数行に対して１／２位相ずらしてＸ方向に並べられた（ｍ＋１）／２個の撮像素子からなる偶数行とが、ｙ２以上２×ｙ３以下のピッチでＹ方向に交互に並ぶように配置されており、
第１行の撮像素子の受光領域から最終行の撮像素子の受光領域までを含む領域のＹ方向の長さは、前記撮像対象領域像のＹ方向の長さｙ１よりも大きい
画像取得装置を提供するものである。
【００１０】
本発明の第２態様は、
被検試料を支持する支持プレートと、
前記支持プレートに設けられた撮像対象領域に光を照射する光源と、
それぞれが受光領域を有する複数の撮像素子が結像面にＸ方向とＹ方向の２次元的に離散的に配置された撮像手段と、
前記撮像対象領域からの光を導光して、前記撮像手段の結像面に前記撮像対象領域に対応する撮像対象領域像を形成する撮像光学系と、
前記撮像対象領域像に対する各撮像素子の撮像領域の位置を変えて複数回の撮像を行うために、前記撮像対象領域像と前記複数の撮像素子とをＹ方向に相対移動させる移動手段と、
複数回の撮像で得られた各撮像領域の画像を合成して前記撮像対象領域全体の画像を生成する合成手段と、
を有し、
前記撮像光学系の有効視野は、前記撮像対象領域像よりも大きく、
前記撮像素子のサイズは前記受光領域のサイズに対して１．５倍よりも大きく、且つ、２倍よりも小さく、
前記複数の撮像素子は、一定のピッチでＸ方向に並べられた複数の撮像素子からなる奇数行と、奇数行と同じピッチで奇数行に対して１／２位相ずらしてＸ方向に並べられた奇数行よりも１多い数の撮像素子からなる偶数行とが、一定のピッチでＹ方向に交互に並ぶように配置されており、
偶数行の両端の撮像素子の受光領域がそれぞれ前記撮像対象領域像のＸ方向の両端を含んでおり、
第１行の撮像素子の受光領域から最終行の撮像素子の受光領域までを含む領域のＹ方向の長さは、前記撮像対象領域像のＹ方向の長さよりも大きい画像取得装置を提供するものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複数の離散的に配置された２次元撮像素子群を用いて大画面を撮像する装置において、最少の移動回数で撮像対象領域全体を撮像できるため、撮像時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】画像取得装置の撮像に関わる概略構成を説明する模式図。
【図２】２次元撮像素子の概略構成を説明する模式図。
【図３】２次元撮像素子の受光領域と不感領域の寸法を説明する図。
【図４】複数の撮像素子を用いた配置を説明する模式図。
【図５】１軸の複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像する撮像手順を説明する模式図。
【図６】画像合成に好適な撮像手順を説明する模式図。
【図７】簡易な制御、構成を可能とする撮像素子の画素数を説明する模式図。
【図８】撮像領域の説明図。
【図９】撮像対象領域全体の撮像の流れを説明するフローチャート。
【図１０】画像合成方法を説明する機能ブロック図。
【図１１】画像合成領域を説明する模式図。
【図１２】画像合成の動作フローを説明する模式図。
【図１３】２次元ＣＭＯＳ撮像センサのシャッタ方式を説明する図。
【図１４】撮像対象領域全体の撮像シーケンスを説明するタイムチャート。
【図１５】比較例１の撮像手順を説明する模式図。
【図１６】比較例２の撮像手順を説明する模式図。
【図１７】比較例３の撮像手順を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（画像取得装置の構成）
本発明の実施形態を、図面を参照しながら説明する。
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、画像取得装置の撮像に関わる概略構成を説明する模式図である。この画像取得装置は、プレパラート１０３上の被検試料の光学顕微鏡像を高解像度のデジタル画像として取得するための装置である。
図１（ａ）に模式的に示すように、画像取得装置は、光源１０１、照明光学系１０２、移動機構１０、撮像光学系１０４、撮像部１０５、現像・補正部１０６、合成部１０７、圧縮部１０８、伝送部１０９を備えて構成される。光源１０１は撮像用の照明光を発生する手段であり、ＲＧＢ３色の発光波長を有する光源、例えばＬＥＤ（発光ダイオード）やＬＤ（レーザーダイオード）等が好ましく用いられる。光源１０１と撮像部１０５は同期して動作する。光源１０１ではＲＧＢを順次発光させ、撮像部１０５は光源１０１の発光タイミングに同期して露光しＲＧＢそれぞれの画像を取得する。ＲＧＢ各画像から１枚の撮像画像の生成は後段の現像・補正部１０６で行う。撮像シーケンスについて詳しくは図９、図１４で説明する。照明光学系１０２は、光源１０１の光を効率良くプレパラート１０３上の撮像対象領域１１０ａに導光する。
【００１４】
プレパラート１０３は、病理診断の対象となる被検試料を支持する支持プレートであり、被検試料をスライドグラスに載置し、マウント液を使ってカバーグラスで封入したものである。図１（ｂ）には、プレパラート１０３とその上に設定された撮像対象領域１１０ａのみを図示している。プレパラートは７６ｍｍ×２６ｍｍ程度の大きさであり、ここでは撮像対象領域として２０ｍｍ×２０ｍｍを想定している。
撮像光学系１０４は、プレパラート１０３上の撮像対象領域１１０ａからの透過光を拡大して導光し、撮像部１０５面上に撮像対象領域１１０ａの実像である撮像対象領域像１１０ｂを形成する。また、撮像光学系の有効視野１１２は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑ、及び、撮像対象領域１１０ｂを包含する大きさである。
撮像部１０５は、Ｘ方向とＹ方向の２次元的に離散的に配置された複数の２次元撮像素子で形成される撮像手段である。図１（ｃ）は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑ、結像面での撮像対象領域像１１０ｂ、撮像光学系の有効視野１１２、の３者のそれぞれの位置関係を模式的に図示している。撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑと撮像光学系の有効視野１１２の位置関係は固定であるが、結像面での撮像対象領域像１１０ｂは、プレパラート側に設けた移動機構１０により前述２者に対して相対位置が変化する。本実施形態では、移動機構を簡便な構成としてコストを抑え、且つ、精度を上げるために、移動軸は１軸とする。すなわち、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑと結像面での撮像対象領域像１１０ｂの相対位置を１軸方向（Y方向）に移動させて複数回の撮像が行われ、複数のデジタルデータ（
ＲＡＷデータ）が得られる。
【００１５】
現像・補正部１０６は、撮像部１０５で取得したデジタルデータの現像処理、補正処理を行う。機能としては、黒レベル補正、ＤＮＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、画素欠陥補正、撮像素子の個体ばらつきやシェーディングに対する輝度補正、現像処理、ホワイトバランス処理、強調処理、などを含む。合成部１０７は、現像・補正部１０６から出力される複数の撮像画像を繋ぎ合わせる処理を行う。機能としては、レジストレーション補正、特徴点抽出、位置合わせ、つなぎ目補正、合成処理後の画像に対するガンマ補正などを含む。合成部１０７のつなぎ目補正は、全ての画素に対して処理を行うわけではなく、繋ぎ合わせ処理が必要な領域のみに対して処理を行う。合成処理について詳しくは図１０〜図１２で説明する。
圧縮部１０８は、合成部１０７から出力されるブロック画像毎に逐次圧縮処理を行う。伝送部１０９は、圧縮ブロック画像の信号をＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やＷＳ（Ｗｏｒｋ  Ｓｔａｔｉｏｎ）に出力する。ＰＣやＷＳへの信号伝送では、ギガビット・イーサネットなどの大容量の伝送が可能な通信規格を用いるとよい。
ＰＣやＷＳでは、送られてくる圧縮ブロック画像毎に順次ストレージに格納する。取得した被検試料の撮像画像の閲覧にはビューワソフトを用いる。ビューワソフトは閲覧領域の圧縮ブロック画像を読み出して伸張しディスプレイに表示する。以上の構成により、２０ｍｍ角相当の被検試料の高解像大画面撮像と取得画像の表示が実現できる。
【００１６】
（撮像部）
ここで、撮像分解能、光学倍率、大画面撮像レンズ、撮像素子サイズについて、具体的な数値情報で説明を行い、本発明の主旨である撮像素子群の配置に言及する。
【００１７】
病理診断で観察対象となる細胞は大きさ数μｍ〜数十μｍ程度であるためプレパラート上では数百ｎｍ程度の分解能が必要とされる。本実施形態では、撮像素子１画素がプレパラート上の３７５ｎｍ角に対応する構成で説明を行う。撮像対象領域として２０ｍｍ角を想定しているため、撮像部１０５としては少なくとも２８億画素（５３ｋ画素×５３ｋ画素）を必要とする。
また、前述のようにプレパラート上の解像力を固定した場合、撮像光学系の光学倍率と撮像部１０５の画素ピッチには相関があり、画素ピッチ３．０μｍの場合は光学倍率８倍、画素ピッチ３．７５μｍの場合は光学倍率１０倍となる。撮像素子の画素狭ピッチ化は光学倍率を小さくできるため、撮像光学系の小型化、コストダウンに貢献する。一方で、画質を低下させずに撮像素子の画素狭ピッチ化を行うことは半導体プロセスや画素構造の改善に依存する。そのため、撮像光学系の光学倍率と撮像素子の画素ピッチは、撮像光学系の小型化及びコストダウンと画質とがバランスするように決められる。本実施形態では、画素ピッチ３．０μｍ、光学倍率８倍として説明を行う。
【００１８】
光学倍率８倍の場合、結像面での撮像対象領域像１１０ｂは１６０ｍｍ×１６０ｍｍとなり、撮像部１０５面上の結像面での撮像光学系の有効視野１１２の直径は２２６．３ｍｍとなる。このことからも、前述の移動機構は撮像部１０５側よりもプレパラート１０３側に設けたほうが、移動機構で制御する移動距離を短くできて簡便な機構にできることがいえる。
【００１９】
次に、１６０ｍｍ角の撮像対象領域像１１０ｂを撮像するための撮像素子について説明する。本実施形態では２０ｍｍ角の撮像対象領域を包含する大画面撮像レンズを用いるが、前述の１６０ｍｍ角の撮像対象領域像１１０ｂを領域分割せずに撮像できるほどの２次元多画素大判撮像素子は、画素欠陥などによる歩留まり低下の影響が大きくコストが高くなる。そのため、複数の２次元撮像素子を用いて、１６０ｍｍ角の撮像対象領域像１１０ｂを分割して撮像する構成とするのが現実的である。一方で、後段での合成処理による画質劣化を極力少なくするためには、なるべく撮像素子のサイズを大きくすることが望ましい。
【００２０】
これらを鑑みて、撮像部１０５の撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑ（の受光領域）は撮像光学系の有効視野１１２内に配置される構成とするのが実用的である。
この場合の撮像素子個々の位置は、外周側にある撮像素子と、内側にあり上下左右を他の撮像素子と隣接する撮像素子に大別される。ここで受光領域以外の領域を不感領域と定義すると、外周側にある撮像素子は不感領域を撮像対象領域像１１０ｂの外側にもっていくなど、不感領域を考慮せずにすむ工夫ができる。一方、内側にある撮像素子は周囲を撮像素子に囲まれているために、不感領域の配置を考慮する必要がある。
【００２１】
以上の点に鑑み、大画面撮像レンズ、プレパラートの１軸移動、正方形（または正方形に近い形状）の撮像対象領域という条件のもとで、不感領域を考慮しつつ撮像素子群を好適に配置することで最も少ない移動回数で撮像対象領域を撮像可能な構成を提案する。
【００２２】
（撮像素子の構成）
図２（ａ）は、２次元撮像素子の概略構成を説明する模式図である。
図２（ａ）は２次元撮像素子を側面から見た断面図である。２次元撮像素子は、ダイ２０１、ガラス２０２、モールド樹脂２０３、ボンディングワイヤ２０４、インターポーザ電極２０５、インターポーザ２０６、ピン２０７を備えて構成される。ダイ２０１はシリコンウエハをダイシングして生成される。
【００２３】
ダイ２０１には、受光領域、撮像したアナログ信号を読み出すための読み出し回路、読み出しノイズを低減するＣＤＳ回路、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路、撮像した信号を読み出すためのインタフェース回路などが形成されている。ガラス２０２は、ダイ２０１、ボンディングワイヤ２０４やその接続などを衝撃などから保護し、２次元撮像素子の受光領域への導光を確保するためのものである。モールド樹脂２０３は、ダイ２０１、ボンディングワイヤ２０４やその接続などを衝撃や外光などから保護するものである。ボンディングワイヤ２０４は、ダイ２０１とインターポーザ電極２０５を接続するためのものである。インターポーザ２０６は、外部端子であるピン２０７とダイ２０１との電気的接続を仲介する基板である。ピン２０７は外部基板との接続を行う外部端子であり、格子状に剣山のように配列している。
【００２４】
図２（ｂ）は別の構成の２次元撮像素子を側面から見た断面図である。図２（ｂ）の２次元撮像素子は、図２（ａ）の構成からガラス２０２とモールド樹脂２０３を除いたものである。保護部材を除いたことでインターポーザ２０６を短くでき、全体寸法を小さく抑えることができる。
【００２５】
図３（ａ）、図３（ｂ）は、２次元撮像素子の受光領域と不感領域の寸法を説明する図である。
図３（ａ）は２次元撮像素子を上面から見たときの模式図である。受光領域３０１ａ、ダイ３０２ａ、回路部３０３ａ、パッケージ枠３０４ａに関わる寸法について説明する。ダイ３０２ａは、図２（ａ）で説明したダイ２０１と同等であり、ダイ３０２ａ上に有効受光領域３０１ａ、回路部３０３ａが形成されている。回路部３０３ａには、読み出しノイズを低減するＣＤＳ回路、アナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換回路、撮像した信号を読み出すためのインタフェース回路などが含まれる。
【００２６】
ここで、具体的な数値情報を用いて寸法の説明を行う。結像面での撮像対象領域像１１０ｂの１６０ｍｍ角を７×７のブロックに分割すると、１ブロックは２２．９ｍｍ×２２．９ｍｍとなる。この１ブロックを単体撮像素子の受光領域に対応させるとし、後段の合成処理のための画素として、２次元撮像素子の周囲に６４画素分を確保すると、単体撮像素子の受光領域３０１ａは２３．３ｍｍ×２３．３ｍｍとなる。ダイ３０２ａは、回路部３０３ａの大きさを考慮して、３２．８ｍｍ×２６．８ｍｍ程度となる。パッケージ枠３０４ａは、図２（ａ）で説明したダイ２０１とインターポーザ２０６との関係から４４．５ｍｍ×３７．５ｍｍ程度となる。すなわち、２次元撮像素子において、不感領域を含むパッケージ枠と受光領域との長軸方向の寸法の割合は、１．９１：１（＝４４．５：２３．３）となる。ただし、ここで示した数値は一例であり、例えば、回路部３０３ａの大きさはＡＤ変換回路の分解能に依存して変わり、また、受光領域３０１ａの大きさは画素ピッチによって変わる。
【００２７】
図３（ｂ）は図３（ａ）の回路部３０３ａのＣＤＳ回路、ＡＤ変換回路、インタフェース回路に相当する回路群を別のダイとして構成した例である。受光領域３０１ｂ、ダイ３０２ｂ、パッケージ枠３０４ｂ、アナログ出力回路部３０５ａ、３０５ｂで構成される受光部パッケージと、ダイ３０２ｃ、回路部３０３ｂ、パッケージ枠３０４ｃで構成される出力部パッケージの２パッケージからなる。受光領域３０１ｂは図３（ａ）と同様で２３．３ｍｍ×２３．３ｍｍとなる。ダイ３０２ｂは、アナログ出力回路部３０５ａ、３０５ｂの大きさを考慮して、２６．８ｍｍ×２６．８ｍｍ程度となる。パッケージ枠３０４ｂは、３７．５ｍｍ×３７．５ｍｍ程度となる。すなわち、２次元撮像素子において、不感領域を含むパッケージ枠と受光領域との軸方向の寸法の割合は、１．６１：１（＝３７．５：２３．３）となる。
【００２８】
ここで、図３（ａ）、図３（ｂ）で説明した撮像素子について補足する。本実施形態では画素ピッチ３．０μｍを想定しているため、前述の１ブロック（２２．９ｍｍ×２２．９ｍｍ）は７６２４画素×７６２４画素となる。これに合成処理のための重複領域である１２８画素を加えると、受光領域の画素数は６０Ｍ画素（７７５２画素×７７５２画素）である。
【００２９】
（撮像素子の配置）
図４は、複数の撮像素子の配置を説明する模式図である。図１（ｃ）と同様であるが、パッケージ枠３０４ｂを明示的に図示してある。パッケージ枠３０４ｂの大きさは、図３（ｂ）で説明したように、２次元撮像素子が２パッケージで構成される場合を想定している。不図示の出力部パッケージは、受光部パッケージの受光領域に対して奥行き方向裏側に配置される構成となる。この場合、２次元撮像素子の軸方向におけるパッケージ枠３０４ｂと受光領域３０１ｂとの寸法の割合は、１．６１：１である。
【００３０】
このようにパッケージ枠３０４ｂのサイズが受光領域３０１ｂに対して１．５倍よりも大きい場合、４回以下の撮像回数で撮像対象領域全体を撮像するには撮像素子の配置を工夫する必要がある（図１６及び図１７を参照して後ほど詳しく説明する）。そこで、本実施形態では、以下のような撮像素子の配置を採用する。
【００３１】
説明を簡単にするため、撮像対象領域像１１０ｂのＸ方向の長さをｘ１、Ｙ方向の長さをｙ１、撮像素子（パッケージ枠３０４ｂ）のＸ方向の長さをｘ２、Ｙ方向の長さをｙ２、受光領域３０１ｂのＸ方向の長さをｘ３、Ｙ方向の長さをｙ３とおく。そして、本配置を適用する前提として、撮像素子のサイズが受光領域３０１ｂのサイズに対して１．５倍よりも大きく、且つ、２倍よりも小さいこと、すなわち、１．５＜ｘ２／ｘ３＜２．０、
１．５＜ｙ２／ｙ３＜２．０  であることを条件とする。これは、１．５倍以下の場合は配置の工夫が必要ないためであり（図１６参照）、２．０倍以上の場合はＸ方向に隣接する撮像素子同士が干渉して本配置をとることができないためである。
【００３２】
図４に示すように、移動方向（Ｙ方向）と直交する方向（Ｘ方向）について、撮像対象領域像１１０ｂをｍ個の列（ｍは３以上の奇数）に分割し、各列に複数の撮像素子を互いに干渉しないように互い違いに配置する。図４は、ｍ＝７の例である。また、各列には、移動方向（Ｙ方向）に沿って、撮像素子が撮像対象領域像１１０ｂの外側にまで配置されている（ただし、撮像素子の受光領域３０１ｂの少なくとも一部が有効視野１１２の内部にある必要がある）。このとき、各撮像素子の受光領域３０１ｂが各列の撮像領域をカバーするために、受光領域３０１ｂのＸ方向の幅ｘ３が、ｘ３≧ｘ１／ｍ  を満たすように、ｘ３及びｍの値を設定する。なお、ｘ１／ｍは各列の撮像領域のＸ方向の幅に相当し、受光領域３０１ｂの幅ｘ３と撮像領域の幅（ｘ１／ｍ）との差は、合成処理のための重複領域の幅に相当する。
【００３３】
言い換えると、本実施形態の撮像素子群は、一定のピッチでＸ方向に並べられた（ｍ−１）／２個の撮像素子からなる奇数行と、一定のピッチでＸ方向に並べられた（ｍ＋１）／２個の撮像素子からなる偶数行とが、交互に並ぶように配置されている。奇数行と偶数行の配列の位相は１／２位相ずれており、偶数行の隣接する受光領域３０１ｂの間にちょうど奇数行の受光領域３０１ｂが位置している。各行のＸ方向のピッチは、２×ｘ１／ｍに設定され、偶数行の両端の受光領域がそれぞれ撮像対象領域像１１０ｂのＸ方向の両端を含むようになっている。また、各行のＹ方向のピッチは、撮像素子のＹ方向の長さｙ２以上であり、且つ、受光領域３０１ｂのＹ方向の長さｙ３の２倍の２×ｙ３以下に設定される。これは、Ｙ方向のピッチがｙ２より小さくなると、奇数行と偶数行の撮像素子が干渉するからであり、逆に２×ｙ３より大きくなると、同じ列の受光領域同士の間隔が受光領域３個分よりも大きく開き、撮像回数を４回以下にすることができないからである。そ
して、第１行の撮像素子の受光領域から最終行の撮像素子の受光領域までを含む領域のＹ方向の長さは、撮像対象領域像１１０ｂのＹ方向の長さｙ１よりも大きい（つまり、第１行と最終行の少なくとも一方は撮像対象領域像１１０ｂの外側にはみ出ている）。
【００３４】
以上の配置を採用することで、図４の場合は、４回の撮像回数（プレパラートの移動回数は３回）で、撮像対象領域全体を撮像することができる。
【００３５】
（撮像対象領域の撮像手順）
図５（ａ）から図５（ｅ）は、１軸の複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像していく流れを説明する模式図である。
図５（ａ）は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑ、結像面での撮像対象領域像１１０ｂの位置関係を模式的に図示してある。撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑと結像面での撮像対象領域像１１０ｂは、プレパラート側に設けた移動機構により相対位置が矢印方向（Ｙ方向）に変化する。図５（ｂ）から図５（ｅ）は、撮像対象領域像１１０ｂを撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑでどのように撮像していくかの変遷を示す図である。
図５（ｂ）には１回目の撮像で取得するエリアを黒ベタで示している。１回目の撮像位置では光源の発光波長を切り替えてＲＧＢの各画像を取得する。図５（ｃ）には移動機構によりプレパラートを移動させた後の、２回目の撮像で取得するエリアを斜線（左下がり斜線）で示している。図５（ｄ）には３回目の撮像で取得するエリアを逆斜線（右下がり斜線）で、図５（ｅ）には４回目の撮像で取得するエリアを網掛けで示している。
以上より、撮像素子群により４回の撮像（移動機構によるプレパラート移動回数が３回）で撮像対象領域全体を隙間なく撮像することができる。
【００３６】
図６（ａ）から図６（ｄ）は、画像合成を考慮した１軸の複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像する流れを説明する模式図である。図６（ａ）から図６（ｄ）は、図５（ｂ）から図５（ｅ）に対応する図であるが、移動機構によるプレパラート移動量が異なる。後段の合成処理を簡易なシーケンスで行うために、撮像素子の水平読み出し方向（Ｘ方向）と移動方向（Ｙ方向）は直交しており、Ｘ方向に隣り合う撮像領域のＹ方向の位置及びＹ方向の読み出し画素数は概略一致している。また、撮像素子群が撮像対象領域像をＹ方向に沿って順々に埋めるように撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑと結像面での撮像対象領域像１１０ｂを相対的に移動させる制御を行う。合成処理について詳しくは図１０〜図１２で説明する。
図６（ａ）には１回目の撮像で取得するエリアを黒ベタで示している。図６（ｂ）には移動機構によりプレパラートを移動させた後の、２回目の撮像で取得するエリアを斜線（左下がり斜線）で示している。図６（ｃ）には３回目の撮像で取得するエリアを逆斜線（右下がり斜線）で、図６（ｄ）には４回目の撮像で取得するエリアを網掛けで示している。
図５（ｅ）では、水平方向（Ｘ方向）の合成処理は９６箇所で、垂直方向（Ｙ方向）の合成処理は５２箇所で必要となる。一方、図６（ｄ）では、水平方向の合成処理は４８箇所で、垂直方向の合成処理は４９箇所で必要となる。そのため、図６（ａ）から図６（ｄ）で示す読み取り方法では、後段の合成処理の処理回数が少なくてすみ、合成処理のシーケンスを簡単にすることができる。
（撮像素子の好適な画素数）
図７（ａ）から図７（ｆ）は、簡易な制御、構成を可能とする撮像素子の画素数を説明する模式図である。
図７（ａ）は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑ、撮像光学系の有効視野１１２、結像面での撮像対象領域像１１０ｂの位置関係を模式的に図示してある。図５（ａ）とは、個々の受光領域のＹ方向の長さ、すなわち、画素数が異なっている。
【００３７】
図７（ｂ）は、後段の合成処理のための移動軸方向（Ｙ方向）の画素数を重複領域Ｂと
して図示している。本実施形態では簡単のため、重複領域Ｂを移動軸方向の上下それぞれにＢ／２ずつ割振っている。重複領域は、複数の画像をつなぎ合わせるときに、位置合わせやつなぎ目補正の処理で必要となる領域である。重複領域の具体例は図１１で説明する。
図７（ａ）、（ｂ）より、撮像回数Ｎ回（Ｎ＞２）で撮像対象領域全体を撮像する場合、撮像対象領域像１１０ｂの移動軸方向の長さをｙ１とし、合成処理のための最大重複領域をＢとすると、受光領域のＹ方向の長さｙ３は、
ｙ１／（Ｍ×Ｎ）  ≦  ｙ３  ≦  ｙ１／（Ｍ×Ｎ）＋Ｂ、  Ｍ；正の整数
で表現される。
【００３８】
Ｍは任意の移動軸方向の１列に着目したときの撮像素子の数であり、列により撮像素子数が異なる場合には、最小の数を選ぶ。本実施形態では、奇数列の撮像素子の数は２であり、偶数列の撮像素子の数は３であるため、Ｍ＝２となる。なお、Ｍは、「撮像素子群の偶数行の数」、あるいは、「撮像素子群の奇数列における撮像素子の数」ということもできる。
（Ｍ×Ｎ）は、撮像対象領域像の移動軸方向の長さｙ１を1個の受光領域で分割する数
を表しており、重複領域を考慮しなければ、ｙ３＝ｙ１／（Ｍ×Ｎ）が、画像生成に必要な最低限の受光領域サイズとなる。
【００３９】
ここで、具体的な数値情報を適用すると、本実施形態では、ｙ１＝１６０ｍｍ、Ｎ＝４回、Ｍ＝２、Ｂ＝０．３８４ｍｍ（１２８画素×０．００３ｍｍ）であるため、
２０ｍｍ  ≦  ｙ３  ≦  ２０．３８４ｍｍ
となる。画素数に換算すると、
６６７１（画素）  ≦  ｙ３（画素）  ≦  ６７９９（画素）
となる。ただし、画素ピッチ３μｍの撮像素子でｙ１＝１６０ｍｍを７分割することを考えるため、分割後の画素数が整数となるように、画素数換算の場合には、撮像対象領域像の移動軸方向の長さを１６０ｍｍではなく、１６０．１０４ｍｍ（画素ピッチ３μｍで５３３６８画素）として考えている。
【００４０】
図７（ｃ）には１回目の撮像で取得するエリアを黒ベタで示している。図７（ｄ）には移動機構によりプレパラートを移動させた後の、２回目の撮像で取得するエリアを斜線（左下がり斜線）で示している。図７（ｅ）には３回目の撮像で取得するエリアを逆斜線（右下がり斜線）で、図７（ｆ）には４回目の撮像で取得するエリアを網掛けで示している。図５（ｅ）、図６（ｄ）と異なり、重複して撮像する領域を少なくできるため、後段での制御、回路を簡略化できる。
以上のように撮像素子のＹ方向の長さ（画素数）を規定することで、撮像素子の画素数を画像生成に好適な値とすることができ、制御、構成を簡略化できる。
【００４１】
図８は、撮像領域の説明図である。図６で説明した複数回撮像での撮像対象領域全体の撮像を示している。ここまでは結像面での撮像対象領域像１１０ｂとして１６０ｍｍ×１６０ｍｍの正方形の領域を考えてきたが、４回の撮像で包含できる撮像領域という観点からすると正方形である必要はなく矩形領域を撮像対象領域と考えることができる。図８の１点鎖線領域８０１は余裕分として考えることができ、この範囲内で撮像領域を増減させても撮像回数に影響を与えない。
【００４２】
（撮像処理の流れ）
図９（ａ）、（ｂ）は、撮像対象領域全体の撮像の流れを説明するフローチャートである。
図９（ａ）は複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像する処理フローを示している。
ステップＳ９０１では、撮像エリアの設定を行う。撮像対象領域として２０ｍｍ角を想
定しているが、プレパラート上の被検試料の位置に合わせて２０ｍｍ角の位置を設定する。
ステップＳ９０２では、１回目の撮像（Ｎ＝１）を行う初期位置へプレパラートを移動させる。図６を例にすると、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑと結像面での撮像対象領域像１１０ｂの相対位置が図６（ａ）で示す状態となるようにプレパラートを移動させる。
ステップＳ９０３では、Ｎ回目のＲＧＢ各画像の撮像を行う。
ステップＳ９０４では、撮像対象領域全体の撮像が終了したか否かを判断する。撮像対象領域全体の撮像が終了していなければ、Ｓ９０５へ進む。撮像対象領域全体の撮像が終了していれば、すなわち、本実施形態の場合にはＮ＝４の場合には、処理を終了する。
ステップＳ９０５では、撮像素子群と撮像対象領域像の相対位置がＮ回目（Ｎ＞２）の撮像を行う位置となるように、移動機構によりプレパラートを移動させる。
【００４３】
図９（ｂ）はＳ９０３における単色画像撮像処理をさらに分解した処理フローを示している。なお、本実施形態ではローリングシャッタ方式の撮像素子を用いた場合の説明を行う。
ステップＳ９０６では、単色光源（Ｒ光源、Ｇ光源、または、Ｂ光源）の発光を開始し、プレパラート上の撮像対象領域に光を照射する。
ステップＳ９０７では、撮像素子群の露光と単色画像信号（Ｒ画像信号、Ｇ画像信号、または、Ｂ画像信号）の読み出しを行う。ローリングシャッタ方式のため、撮像素子群の露光と信号読み出しはライン毎に行われる。単色光源の点灯タイミングと撮像素子群の露光タイミングは同期して動作するように制御される。単色光源は撮像素子の１ライン目の露光開始に合わせて発光を開始し、最終ラインの露光が終了するまで発光している。このとき撮像素子群は撮像を行う撮像素子のみ動作させれば良い。例えば図６（ｂ）の場合では斜線（左下がり斜線）で示される撮像素子のみが動作すれば良く、最終行の３つの撮像素子は撮像対象領域像外にあるため、動作させる必要はない。
ステップＳ９０８では、撮像素子の全ラインに対して露光と信号読み出しが終了したかどうかを判断する。全ライン終了するまでは、Ｓ９０７に戻って処理を継続する。全ライン終了すれば、Ｓ９０９へ進む。
ステップＳ９０９では、ＲＧＢ画像の撮像が全て終了したかどうかを判断する。ＲＧＢ各画像の撮像が終了していなければＳ９０６へ戻り、終了していれば処理を終了する。
【００４４】
以上の処理ステップにしたがって、ＲＧＢ各画像の４回撮像により撮像対象領域全体の撮像を行う。
【００４５】
（画像合成）
図１０は、画像合成方法を説明する機能ブロック図である。画像合成を簡単に説明するために、２次元撮像素子群の機能ブロック、合成処理に関わる機能ブロックを分解して示している。２次元撮像素子１００１ａ〜ｑ、カラーメモリ１００２ａ〜ｑ、現像・補正部１００３ａ〜ｑ、センサメモリ１００４ａ〜ｑ、メモリ制御部１００５、水平方向合成部１００６、垂直方向合成部１００７、水平合成メモリ１００８、垂直合成メモリ１００９、圧縮部１０１０、伝送部１０１１を備えて構成される。
【００４６】
図１０〜１２の説明は、図６、または、図７で説明したように、撮像素子の水平読み出し方向（Ｘ方向）と移動方向（Ｙ方向）は直交しており、Ｘ方向に隣り合う撮像領域のＹ方向の位置及びＹ方向の読み出し画素数は概略一致しているとする。
【００４７】
２次元撮像素子１００１ａ〜ｑは、図４で説明した１７個の２次元撮像素子群に対応する。図６、または、図７で説明したように、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｑと結像面での撮像対象領域像１１０ｂの相対位置を変化させながら撮像対象領域全体を撮像する。カラーメモリ１００２ａ〜ｑは、２次元撮像素子１００１ａ〜ｑそれぞれに付属するＲＧＢ各
画像信号を格納するためのメモリである。後段の現像・補正部１００３ａ〜ｑでは、ＲＧＢ３色の画像信号を必要とするため、少なくとも、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号とＢ画像信号の内、少なくとも２色が格納できるメモリ容量を必要とする。
現像・補正部１００３ａ〜ｑは、Ｒ画像信号、Ｇ画像信号とＢ画像信号から現像処理、補正処理を行う。機能としては、黒レベル補正、ＤＮＲ（Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）、画素欠陥補正、撮像素子の個体ばらつきやシェーディングに対する輝度補正、現像処理、ホワイトバランス処理、強調処理、などを含む。
センサメモリ１００４ａ〜ｑは、現像・補正した画像信号を一時格納するフレームメモリである。
メモリ制御部１００５は、センサメモリ１００４ａ〜ｑに格納されている画像信号に対してメモリ領域を指定し、圧縮部１０１０、水平方向合成部１００６、垂直方向合成部１００７のいずれかへ画像信号を転送する制御を行う。メモリ制御の動作について詳しくは図１２で説明する。
水平方向合成部１００６は、水平方向の画像ブロックの合成処理を行う。垂直方向合成部１００７は、垂直方向の画像ブロックの合成処理を行う。水平合成メモリ１００８は、水平合成処理後の画像信号を一時格納するメモリである。垂直合成メモリ１００９は、垂直合成処理後の画像信号を一時格納するメモリである。
圧縮部１０１０は、センサメモリ１００４ａ〜ｑ、水平合成メモリ１００８、垂直合成メモリ１００９から転送されてくる画像信号を転送ブロックごとに逐次圧縮処理を行う。伝送部１０１１は、圧縮ブロック画像の電気信号を光信号に変換しＰＣやＷＳに出力する。
【００４８】
以上の構成により、２次元撮像素子１００１ａ〜ｑで離散的に取得した画像から合成処理により撮像対象領域全体の画像を生成することができる。ここでの合成機能は、レジストレーション補正、特徴点抽出、位置合わせ、つなぎ目補正、合成処理後の画像に対するガンマ補正などを含むが、各処理は汎用技術を利用できるため、詳細説明は割愛する。
【００４９】
図１１は、画像合成領域を説明する模式図である。図６、または、図７で説明したように、画像取得は２次元撮像素子１００１ａ〜ｑにより離散的に順次行われる。
図１１（ａ）は、撮像対象領域全体と、撮像対象領域全体の１部を切り出した図である。ここでは時間概念をなくし、撮像対象領域が空間的にどのように分割されて撮像されているかを示している。破線は各撮像画像の重複領域を示している。簡単のため、撮像対象領域全体の一部を切り出した図で説明を行う。ここで、単体２次元撮像素子で１回に撮像される領域は領域１（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）、領域２（Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ）、領域３（Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈ）、領域４（Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ）であり、それぞれ異なる時間に撮像される。正確には、領域１の上部と左部、領域２の上部と右部、領域３の左部と下部、領域４の右部と下部にも重複領域用の画素があるため撮像領域に含まれるが、画像合成の説明に注力するためにここでは省略する。
【００５０】
具体的な数値情報を当てはめると、合成処理のための画素として２次元撮像素子の周囲に６４画素分を想定しているので、領域（Ｂ、Ｅ、Ｈ）、及び、領域（Ｄ、Ｅ、Ｆ）は幅０．１９２ｍｍ（６４画素×３μｍ）である。また、単体の２次元撮像素子の重複領域を除く受光領域の幅１１０１は２２．９ｍｍである。図１１（ａ）、（ｂ）では重複領域を誇張して表現している。
【００５１】
図１１（ｂ）は、領域１〜４が図６、または、図７で説明したように（ｂ−１）〜（ｂ−４）の時間順序で取得された場合、撮像領域がどのように画像として取得されていくかを示している。（ｂ−１）では領域１（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）が撮像され画像として取得される。（ｂ−２）では領域２（Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ）が撮像され画像として取得される。ここで、領域（Ｂ、Ｅ）は重複して撮像された領域であり、水平方向の画像合成処理が行われる
領域である。（ｂ−３）では領域３（Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈ）が撮像され画像として取得される。ここで、領域（Ｄ、Ｅ）は重複して撮像された領域である。（ｂ−２）において領域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ）の１枚の撮像画像が得られていると考えて、領域（Ｄ、Ｅ）に対しては垂直方向の画像合成処理が行われる。ここで、Ｘ方向を２次元撮像素子の水平読み出し方向としているため、垂直方向の画像合成処理は領域３（Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈ）を全て取得する必要なく処理を開始できる。（ｂ−４）では領域４（Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ）が撮像され画像として取得される。ここで、領域（Ｅ、Ｆ、Ｈ）は重複して撮像された領域である。（ｂ−３）において領域（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、Ｈ）の１枚の撮像画像が得られていると考えて、領域（Ｅ、Ｆ）に対する垂直方向の画像合成処理、領域（Ｅ、Ｈ）に対する水平方向の画像合成処理が順次行われる。ここで、Ｘ方向を２次元撮像素子の水平読み出し方向としているため、垂直方向の画像合成処理は領域４（Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ）を全て取得する必要なく処理を開始できる。
【００５２】
Ｘ方向に隣り合う撮像領域のＹ方向の読み出し画素数は概略一致しているため、領域（Ａ〜Ｉ）ごとに画像合成処理を行うことができ、撮像対象領域全体に対しても容易に適用範囲を拡張することができる。撮像素子群が撮像対象領域像をＹ方向に沿って順々に埋めるように撮像領域を取得するため、簡易なメモリ制御で画像合成処理が実現できる。
以上、撮像対象領域全体の一部を切り出した領域で説明したが、画像合成を行う領域、及び、合成方向の説明は適用範囲を広げて撮像対象領域全体に対して行うことができる。
【００５３】
（画像合成の動作フロー）
図１２は、画像合成の動作フローを説明する模式図である。各機能ブロックの時間軸が示してあり、時間経過に対して図１１で説明した領域Ａ〜Ｉがどのように処理されていくかを示してある。ＲＧＢの順で光源を発光させて撮像する例を示している。ここでの制御はメモリ制御部１００５で行われる。
【００５４】
（ａ）では、１回目のＲ画像、Ｇ画像が撮像され、それぞれカラーメモリ１００２ｄ〜ｑに格納されている状況で、Ｂ画像が撮像されて順次読み出されている。現像・補正部１００３ｄ〜ｑでは、２次元撮像素子１００１ｄ〜ｑから読み出されるＢ画像と同期するように、カラーメモリ１１０２ｄ〜ｑからＲ画像とＧ画像を読み出し、順次、現像・補正処理を行っていく。現像・補正処理が行われた画像は、順次センサメモリ１００４ｄ〜ｑに格納される。ここで格納される画像は、領域（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）である。
（ｂ）では、（ａ）でセンサメモリ１００４ｄ〜ｑに格納された領域（Ａ、Ｂ、Ｄ、Ｅ）の内、領域（Ａ）の画像を圧縮部１０１０へ転送する。領域（Ａ）に対しての合成処理は行わない。
【００５５】
（ｃ）では、２回目のＲ画像、Ｇ画像が撮像され、それぞれカラーメモリ１００２ａ〜ｎに格納されている状況で、Ｂ画像が撮像されて順次読み出されている。現像・補正部１００３ａ〜ｎでは、２次元撮像素子１００１ａ〜ｎから読み出されるＢ画像と同期するように、カラーメモリ１００２ａ〜ｎからＲ画像とＧ画像を読み出し、順次、現像・補正処理を行っていく。現像・補正処理が行われた画像は、順次センサメモリ１００４ａ〜ｎに格納される。ここで格納される画像は、領域（Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ）である。
（ｄ）では、（ｃ）でセンサメモリ１００４ａ〜ｎに格納された領域（Ｂ、Ｃ、Ｅ、Ｆ）の内、領域（Ｃ）の画像を圧縮部１０１０へ転送する。領域（Ｃ）に対しての合成処理は行わない。
（ｅ）では、領域（Ｂ、Ｅ）の画像がセンサメモリ１００４ａ〜ｑから読み出され、水平方向の画像合成処理が行われる。
（ｆ）では、水平方向の画像合成処理後の画像が順次水平合成メモリ１１０８に格納される。
（ｇ）では、水平合成メモリ１１０８に格納されている領域（Ｂ）の画像を圧縮部１０
１０へ転送する。
【００５６】
（ｈ）では、３回目のＲ画像、Ｇ画像が撮像され、それぞれカラーメモリ１００２ｄ〜ｑに格納されている状況で、Ｂ画像が撮像されて順次読み出されている。現像・補正部１００３ｄ〜ｑでは、２次元撮像素子１００１ｄ〜ｑから読み出されるＢ画像と同期するように、カラーメモリ１００２ｄ〜ｑからＲ画像とＧ画像を読み出し、順次、現像・補正処理を行っていく。現像・補正処理が行われた画像は、順次センサメモリ１００４ｄ〜ｑに格納される。ここで格納される画像は、領域（Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈ）である。
（ｉ）では、（ｈ）でセンサメモリ１００４ｄ〜ｑに格納された領域（Ｄ、Ｅ、Ｇ、Ｈ）の内、領域（Ｇ）の画像を圧縮部１０１０へ転送する。領域（Ｇ）に対しての合成処理は行わない。
（ｊ）では、領域（Ｄ、Ｅ）の画像がセンサメモリ１００４ｄ〜ｑ、及び、水平合成メモリ１００８から読み出され、垂直方向の画像合成処理が行われる。
（ｋ）では、垂直方向の画像合成処理後の画像が順次垂直合成メモリ１００９に格納される。
（ｌ）では、垂直合成メモリ１００９に格納されている領域（Ｄ）の画像を圧縮部１０１０へ転送する。
【００５７】
（ｍ）では、４回目のＲ画像、Ｇ画像が撮像され、それぞれカラーメモリ１００２ａ〜ｎに格納されている状況で、Ｂ画像が撮像されて順次読み出されている。現像・補正部１００３ａ〜ｎでは、２次元撮像素子１００１ａ〜ｎから読み出されるＢ画像と同期するように、カラーメモリ１００２ａ〜ｎからＲ画像とＧ画像を読み出し、順次、現像・補正処理を行っていく。現像・補正処理が行われた画像は、順次センサメモリ１００４ａ〜ｎに格納される。ここで格納される画像は、領域（Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ）である。
（ｎ）では、（ｍ）でセンサメモリ１００４ａ〜ｎに格納された領域（Ｅ、Ｆ、Ｈ、Ｉ）の内、領域（Ｉ）の画像を圧縮部１０１０へ転送する。領域（Ｉ）に対しての合成処理は行わない。
（ｏ）では、領域（Ｅ、Ｆ）の画像がセンサメモリ１００４ａ〜ｎ、及び、垂直合成メモリ１００９から読み出され、垂直方向の画像合成処理が行われる。
（ｐ）では、垂直方向の画像合成処理後の画像が順次垂直合成メモリ１００９に格納される。
（ｑ）では、垂直合成メモリ１００９に格納されている領域（Ｆ）の画像を圧縮部１０１０へ転送する。
（ｒ）では、領域（Ｅ、Ｈ）の画像がセンサメモリ１００４ａ〜ｑ、及び、垂直合成メモリ１００９から読み出され、水平方向の画像合成処理が行われる。
（ｓ）では、水平方向の画像合成処理後の画像が順次水平合成メモリ１００８に格納される。
（ｔ）では、水平合成メモリ１００８に格納されている領域（Ｅ、Ｈ）の画像を順次圧縮部１０１０へ転送する。
【００５８】
以上のように、メモリ制御部１００５がメモリ転送を制御することで逐次合成処理を行い、撮像対象領域全体の画像を逐次圧縮部１０１０へ転送することができる。
ここでは、領域（Ａ）、（Ｃ）、（Ｇ）、（Ｉ）は合成処理を行わずに圧縮するシーケンスを説明したが、領域（Ａ）、（Ｃ）、（Ｇ）、（Ｉ）と合成処理を行った領域を繋ぎ合わせてから圧縮するシーケンスも実現できる。
【００５９】
（撮像時間）
ここからは、撮像対象領域全体の撮像に要する時間について説明する。前述の通り、不感領域（パッケージ枠）を考慮しつつ撮像素子群を好適に配置することで最少の移動回数で撮像対象領域を撮像することが本発明の主旨である。そこで、移動回数を少なくするこ
とが撮像時間の短縮にどれほど効果があるか、について説明を行う。
【００６０】
図１３は、２次元ＣＭＯＳイメージセンサのシャッタ方式を説明する図である。上段の縦軸は２次元撮像素子の水平ラインであり、横軸は時間である。下段には読み出し信号のタイミングが示してあり、上段と下段の時間軸は一致している。
本実施形態ではローリングシャッタ方式を想定しているため、ライン毎に読み出し時間に時間ズレを生じる。水平１ライン目と水平最終ラインとでは読み出し時間が１フレーム分弱ずれることになる。また、ローリングシャッタ方式でＲＧＢ各画像を時間遅延なく順次撮像するためには、該当フレームの水平１ライン目から水平最終ラインまでの露光期間内で光源発光波長を切り替えられないため、露光時間は１フレーム期間に対して短くなる。図１３ではフレームレート１ｆｐｓ（１０００ｍｓｅｃ）に対して、露光時間２００ｍｓｅｃの場合を示している。光源発光時間は各波長で１０００ｍｓｅｃ弱であり、時間遅延なく順次波長を切り替えてＲＧＢ各画像の撮像を行う。２次元撮像素子からの読み出し信号も同様に、時間遅延なく順次ＲＧＢ各画像信号が出力される。
以上、説明した光源制御、露光制御を行うことで、２次元撮像素子から時間遅延なく順次ＲＧＢ各画像信号を出力できる。
【００６１】
ここでは、２次元撮像素子として２次元ＣＭＯＳイメージセンサを利用する場合について説明した。ＣＭＯＳイメージセンサはＣＣＤイメージセンサと比較して高速動作が可能なため、撮像時間を短縮するには有利である。また、シャッタ方式としてグローバルシャッタ方式ではなくローリングシャッタ方式を採用する場合について説明した。これは、ローリングシャッタ方式がノイズ低減に有利であり、撮像画像の画質向上に寄与するからである。本発明ではＣＭＯＳイメージセンサやローリングシャッタ方式で設定したがこれに限定されるものではなく、ＣＣＤイメージセンサや、ＣＭＯＳイメージセンサのグローバルシャッタ方式やメカシャッタ方式においても実現可能である。
【００６２】
図１４は、撮像対象領域全体の撮像シーケンスを説明するタイムチャートである。各ＲＧＢに対する光源発光とその露光、各ＲＧＢ画像信号の読み出し、プレパラート移動、それぞれの時間軸が示してあり、時間経過に対するシーケンスが示してある。図９で説明した撮像の流れを説明するフローチャートを時間軸で示したものである。
【００６３】
２次元撮像素子のフレームレートが１ｆｐｓ（１０００ｍｓｅｃ）の場合には、１回目撮像でのＲＧＢ画像信号の読み出しには３．０ｓｅｃを要する。移動機構によりプレパラートを３ｍｍ程度移動させる必要があるが、ここでの移動時間を２．２ｓｅｃと仮定すると、撮像対象領域全体では１８．６ｓｅｃで撮像を行うことができる。
ここで、プレパラート移動回数を１回減らす、すなわち、撮像回数を１回減らすことを考えると、５．２ｓｅｃ（＝３．０ｓｅｃ＋２．２ｓｅｃ）だけ撮像時間を短縮できる。本実施形態での数値を用いると、これは全撮像時間の２８％（＝５．２ｓｅｃ／１８．６ｓｅｃ）である。
すなわち、最少の移動回数で撮像対象領域を撮像することができれば、撮像時間の大幅な短縮が可能であることがわかる。
なお、本実施形態では、ＲＧＢの３波長を有する光源によるカラーシーケンシャル撮像を想定しているが、撮像方式はこれに限定されるものではなく、白色光源と、ＲＧＢベイヤー配列、もしくは、補色配列をもつ２次元撮像素子による撮像でも良い。
【００６４】
＜比較例＞
ここまでは、撮像回数（プレパラート移動回数）を最少（本実施形態では４回）とするため、移動軸と直交する軸上（Ｘ軸上）では、撮像素子群は結像面での撮像対象領域像１１０ｂを奇数個（本実施形態では７個）で分割するように配置されている例を説明した（図４参照）。ここからは、比較例１として、移動軸と直交する軸上（Ｘ軸上）で、撮像素
子群が結像面での撮像対象領域像１１０ｂを偶数個（例えば６個）で分割するように配置されている例の説明を行う。
【００６５】
図１５（ａ）から図１５（ｅ）は、撮像対象領域像を２次元撮像素子で偶数分割した場合の、１軸の複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像する方法を説明する模式図である。図１５（ａ）は、撮像素子群１５１ａ〜１５１ｌ、結像面での撮像対象領域像１１０ｂの位置関係を模式的に図示している。撮像素子群１５１ａ〜１５１ｌと結像面での撮像対象領域像１１０ｂは、プレパラート側に設けた移動機構により相対位置が矢印方向（Ｙ方向）に変化する。図１５（ｂ）から図１５（ｅ）は、撮像対象領域像１１０ｂを撮像素子群１５１ａ〜１５１ｌがどのように撮像していくかの変遷を示す図である。図１５（ｂ）には１回目の撮像で取得するエリアを黒ベタで示している。１回の撮像では光源の発光波長を切り替えてＲＧＢ各画像を取得する。図１５（ｃ）には移動機構によりプレパラートを移動させた後の、２回目の撮像で取得するエリアを斜線（左下がり斜線）で示している。図１５（ｄ）には３回目の撮像で取得するエリアを逆斜線（右下がり斜線）で、図１５（ｅ）には４回目の撮像で取得するエリアを網掛けで示している。矢印で示した３ヶ所の白抜き領域は、４回の撮像（移動機構によるプレパラート移動回数が３回）で撮像できない領域である。
【００６６】
これは、偶数分割の場合には、結像面での撮像対象領域像１１０ｂの４隅の何れかの角に２次元撮像素子が位置するためで、奇数分割の場合のように、移動軸（Ｙ軸）上において、撮像素子群を結像面での撮像対象領域像１１０ｂの外側に配置できないためである。
以上より、撮像対象領域像を２次元撮像素子で偶数分割する場合、撮像対象領域全体を撮像するには、撮像素子群により５回撮像（移動機構によるプレパラート移動回数が４回）が必要となり、撮像により時間を要してしまう。
【００６７】
次に、別の比較例２、３を用いて、不感領域を含んだ撮像素子サイズが有効受光領域のサイズに対して縦横それぞれで１．５倍よりも大きい場合の問題について説明する。このような制約がある場合、結像面での撮像対象領域像１１０ｂ内にのみ撮像素子群を配置すると、３回や４回の撮像（プレパラート移動回数が２回や３回）では、撮像対象領域全体を撮像することができない。
【００６８】
図１６、図１７は、結像面での撮像対象領域像１１０ｂ内に撮像素子群を配置した場合に、１軸の複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像することを説明する模式図である。
【００６９】
図１６は、撮像素子のＹ方向の長さをＴ、不感領域を含んだ撮像素子のＹ方向の長さをＳとするとき、Ｓ／Ｔ＝１．５となる場合の比較例２である。
図１６（ａ）は、撮像素子群の一部を切り出して、撮像素子サイズと受光領域の割合を模式的に図示している。図１６（ｂ）から（ｅ）は、撮像対象領域像１１０ｂを撮像素子群がどのように撮像していくかの変遷を示す図である。図１６（ｂ）には１回目撮像で取得するエリアを黒ベタで示している。１回の撮像では光源の発光波長を切り替えてＲＧＢ各画像を取得する。図１６（ｃ）には移動機構によりプレパラートを移動させた後の、２回目撮像で取得するエリアを斜線（左下がり斜線）で示している。図１６（ｄ）には３回目撮像で取得するエリアを逆斜線（右下がり斜線）で、図１６（ｅ）には４回目撮像で取得するエリアを網掛けで示している。
以上はＳ／Ｔ＝１．５の場合で説明したが、Ｓ／Ｔ≦１．５の場合には、４回以下の撮像回数（移動機構によるプレパラート移動回数が３回以下）で撮像対象領域全体を撮像できる。
【００７０】
これに対し、図１７は、Ｓ／Ｔ＞１．５となる場合の比較例３である。
図１７（ａ）は、撮像素子群、結像面での撮像対象領域像１１０ｂの位置関係を模式的
に図示している。図１７（ｂ）から（ｅ）は、撮像対象領域像１１０ｂを撮像素子群がどのように撮像していくかの変遷を示す図である。図１７（ｂ）には１回目撮像で取得するエリアを黒ベタで示している。１回の撮像では光源の発光波長を切り替えてＲＧＢ各画像を取得する。図１７（ｃ）には移動機構によりプレパラートを移動させた後の、２回目撮像で取得するエリアを斜線（左下がり斜線）で示している。図１７（ｄ）には３回目撮像で取得するエリアを逆斜線（右下がり斜線）で、図１７（ｅ）には４回目撮像で取得するエリアを網掛けで示している。矢印で示した３ヶ所の白抜き領域は、４回撮像（移動機構によるプレパラート移動回数が３回）で撮像できない領域である。
これは、結像面での撮像対象領域像１１０ｂ内にのみ撮像素子群を配置するという制約のために、列２に配置できる撮像素子の数が、図１６に比べて図１７では少なくなるからである。
【００７１】
したがって、不感領域を含んだ撮像素子サイズが有効受光領域に対して１．５倍よりも大きい場合で、且つ、結像面での撮像対象領域像１１０ｂ内にのみ撮像素子群を配置した場合は、撮像対象領域全体の画像を取得するのに５回の撮像が必要となる。これは、Ｓ／Ｔ＞１．５の場合には撮像素子群の配置が難しくなり、本実施形態で説明したような配置の工夫が必要となることを示している。
【００７２】
以上述べたように、本実施形態の撮像素子の配置によれば、プレパラートの１軸移動、Ｓ／Ｔ＞１．５の不感領域の存在などの条件のもとで、最少の移動回数で撮像対象領域全体を撮像することができ、撮像時間の短縮が可能となる。
【符号の説明】
【００７３】
１０：移動機構、１０１：光源、１０３：プレパラート、１０５：撮像部、１０７：合成部、１１０ａ：撮像対象領域、１１０ｂ：撮像対象領域像、１１１ａ〜１１１ｑ：撮像素子、１１２：有効視野、３０１ａ，３０１ｂ：受光領域
【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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