(57)【要約】【課題】離散的に配置された複数の撮像素子を用いて領域を分割して撮像する構成において、各分割領域の画像データを効率的に取得する。【解決手段】撮像装置が、離散的に配置された複数の２次元撮像素子と、被写体の像を拡大して前記複数の２次元撮像素子の像面に結像する結像光学系と、各２次元撮像素子で撮像する分割領域を変えながら複数回の撮像を行うために、前記被写体を移動する移動手段と、を有する。前記複数の分割領域のうちの少なくとも一部は、前記像面において、前記結像光学系の収差により変形又は変位している。前記複数の２次元撮像素子それぞれの位置が、対応する分割領域の前記像面における形状及び位置に合わせて調整されている。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の撮像対象領域を複数の領域に分割し、各分割領域を２次元撮像素子で撮像する撮像装置であって、
離散的に配置された複数の２次元撮像素子と、
前記被写体の像を拡大して前記複数の２次元撮像素子の像面に結像する結像光学系と、
各２次元撮像素子で撮像する分割領域を変えながら複数回の撮像を行うために、前記被写体を移動する移動手段と、
を有し、
前記複数の分割領域のうちの少なくとも一部は、前記像面において、前記結像光学系の収差により変形又は変位しており、
前記複数の２次元撮像素子それぞれの位置が、対応する分割領域の前記像面における形状及び位置に合わせて調整されている
ことを特徴とする撮像装置。
【請求項２】
前記被写体の物体面において等間隔に並ぶ複数の分割領域にそれぞれ対応する複数の２次元撮像素子が、前記像面において不等間隔に配置されている
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２次元撮像素子それぞれの位置は、２次元撮像素子の中心を前記被写体の物体面に投影した点である投影中心が、対応する分割領域の前記物体面における中心と一致するように、調整されている
ことを特徴とする請求項１又は２に記載の撮像装置。
【請求項４】
前記複数の２次元撮像素子の大きさが、対応する分割領域の前記像面における外接矩形の大きさに応じて、異なっている
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項５】
前記複数の２次元撮像素子は、同一スペックのものである
ことを特徴とする請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項６】
前記２次元撮像素子の画素構造は、同一形状の画素が均等配列されたものである
ことを特徴とする請求項１〜５のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項７】
各２次元撮像素子から対応する分割領域に応じた範囲のデータのみが読み出されるように、各２次元撮像素子のデータの読み出し範囲を制御する読み出し制御手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項８】
前記読み出し制御手段は、前記結像光学系の収差が変化した場合に、変化後の収差による各分割領域の変形又は変位に応じて、各２次元撮像素子のデータの読み出し範囲を変化させる
ことを特徴とする請求項７に記載の撮像装置。
【請求項９】
前記結像光学系の倍率変更又はレンズ交換を検知する検知手段をさらに有し、
前記読み出し制御手段は、前記検知手段によって前記結像光学系の倍率変更又はレンズ交換を検知したときに、前記結像光学系の収差が変化したと判断する
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１０】
前記結像光学系の温度を測定する測定手段をさらに有し、
前記読み出し制御手段は、前記測定手段の測定温度に基づいて前記結像光学系の収差の変化を判断する
ことを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【請求項１１】
前記結像光学系の収差が変化した場合に、変化後の収差による各分割領域の変形又は変位に応じて、各２次元撮像素子の位置を変化させる位置調整手段をさらに有する
ことを特徴とする請求項１〜６のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１２】
前記結像光学系の倍率変更又はレンズ交換を検知する検知手段をさらに有し、
前記位置調整手段は、前記検知手段によって前記結像光学系の倍率変更又はレンズ交換を検知したときに、前記結像光学系の収差が変化したと判断する
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１３】
前記結像光学系の温度を測定する測定手段をさらに有し、
前記位置調整手段は、前記測定手段の測定温度に基づいて前記結像光学系の収差の変化を判断する
ことを特徴とする請求項１１に記載の撮像装置。
【請求項１４】
前記結像光学系の収差は、歪曲収差又は倍率色収差である
ことを特徴とする請求項１〜１３のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１５】
２次元撮像素子の位置、大きさとは、２次元撮像素子の有効画素が配置されている領域である有効画像面の位置、大きさをいう
ことを特徴とする請求項１〜１４のうちいずれか１項に記載の撮像装置。
【請求項１６】
被写体の撮像対象領域を複数の領域に分割し、各分割領域を２次元撮像素子で撮像する撮像装置であって、
離散的に配置された複数の２次元撮像素子と、
前記被写体の像を拡大して前記複数の２次元撮像素子の像面に結像する結像光学系と、
各２次元撮像素子で撮像する分割領域を変えながら複数回の撮像を行うために、前記被写体を移動する移動手段と、
前記複数の２次元撮像素子それぞれの位置を調整するための位置調整手段と、
を有し、
前記複数の分割領域のうちの少なくとも一部は、前記像面において、前記結像光学系の収差により変形又は変位しており、
前記位置調整手段は、前記結像光学系の収差が変化した場合に、変化後の収差による各分割領域の変形又は変位に応じて、各２次元撮像素子の位置を変化させる
ことを特徴とする撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置に関し、特に、複数の離散的に配置された撮像素子を用いて領域を分割して撮像する撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
病理分野において、病理診断のツールである光学顕微鏡の代替として、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・スライド装置がある。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、従来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、デジタル画像を使った患者への説明、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。
【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。被検試料全体をデジタル化した場合の画素数は、通常、数億画素から数十億画素と非常に大きなデータ量となる。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行われる。分割撮像を行うため、被検試料全体の画像の生成には複数の分割画像をタイリング（合成）することが必要となる。
【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する顕微鏡において、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。
【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】
特許文献１の顕微鏡では、複数の２次元撮像素子を等間隔に配置している。もし物体面の撮像領域が撮像素子群の像面に歪みなく射影される場合には、２次元撮像素子を等間隔に配置することで画像データを効率よく生成することができる。しかしながら、図１１に示すように、実際には結像光学系の歪曲収差のために像面での撮像領域は歪んでいる。これは、各々の２次元撮像素子で撮像すべき分割領域が、歪んだ形状で且つ不等間隔で並んでいると解釈できる。像面での歪んだ分割領域を等間隔に並んだ２次元撮像素子で撮像するには、図１１に示すように、歪んだ分割領域１１０１を包含するようにそれぞれの２次元撮像素子の撮像領域１１０２を大きくする必要がある。そのため、画像合成に寄与しない画像データまで取得することになり、結像光学系の歪曲収差の影響が大きい場合には、画像データ生成効率が低下する可能性がある。
【０００７】
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、離散的に配置された複数の撮像素子を用いて領域を分割して撮像する構成において、各分割領域の画像データを効率的に取得することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第１態様は、被写体の撮像対象領域を複数の領域に分割し、各分割領域を２次元撮像素子で撮像する撮像装置であって、離散的に配置された複数の２次元撮像素子と、前記被写体の像を拡大して前記複数の２次元撮像素子の像面に結像する結像光学系と、各２次元撮像素子で撮像する分割領域を変えながら複数回の撮像を行うために、前記被写体を移動する移動手段と、を有し、前記複数の分割領域のうちの少なくとも一部は、前記像面において、前記結像光学系の収差により変形又は変位しており、前記複数の２次元撮像素子それぞれの位置が、対応する分割領域の前記像面における形状及び位置に合わせて調整されている撮像装置を提供する。
【０００９】
本発明の第２態様は、被写体の撮像対象領域を複数の領域に分割し、各分割領域を２次元撮像素子で撮像する撮像装置であって、離散的に配置された複数の２次元撮像素子と、前記被写体の像を拡大して前記複数の２次元撮像素子の像面に結像する結像光学系と、各２次元撮像素子で撮像する分割領域を変えながら複数回の撮像を行うために、前記被写体を移動する移動手段と、前記複数の２次元撮像素子それぞれの位置を調整可能な位置調整手段と、を有し、前記複数の分割領域のうちの少なくとも一部は、前記像面において、前記結像光学系の収差により変形又は変位しており、前記位置調整手段は、前記結像光学系の収差が変化した場合に、変化後の収差による各分割領域の変形又は変位に応じて、各２次元撮像素子の位置を変化させる撮像装置を提供する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、離散的に配置された複数の撮像素子を用いて領域を分割して撮像する構成において、各分割領域の画像データを効率的に取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】デジタル・スライド・スキャナの撮像に関わる概略構成を説明する模式図。
【図２】２次元撮像素子の構成を説明する模式図。
【図３】結像光学系の収差を説明する模式図。
【図４】２次元撮像素子の配置を説明する模式図。
【図５】撮像シーケンスを説明する模式図。
【図６】画像データ読み出しを説明するフローチャート。
【図７】歪曲収差に応じた読み出し領域を説明する模式図。
【図８】倍率色収差に応じた画像データ読み出しを説明するフローチャート。
【図９】電気的に各撮像素子の読み出し範囲を制御する構成を説明する模式図。
【図１０】機械的に各撮像素子の位置調整を行う構成を説明する模式図。
【図１１】課題を説明する模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［第１の実施形態］
（撮像装置の構成）
図１（ａ）〜図１（ｃ）は、本発明の第１の実施形態に係る撮像装置の概略構成を説明する模式図である。この撮像装置は、被写体となるプレパラート１０３上の被検試料の光学顕微鏡像を高解像かつ大サイズ（広画角）のデジタル画像として取得するための装置である。
【００１３】
図１（ａ）は撮像装置の概略構成を示す模式図である。撮像装置は、光源１０１、照明光学系１０２、結像光学系１０４、移動機構１１３、撮像部１０５、画像処理部１２０、制御部１３０を備えて構成される。画像処理部１２０は、現像・補正部１０６、合成部１０７、圧縮部１０８、伝送部１０９などの機能ブロックを有している。撮像装置の各部の動作やタイミングは、制御部１３０によって制御される。
【００１４】
光源１０１は撮像用の照明光を発生する手段である。光源１０１としては、ＲＧＢ３色の発光波長を有する光源、例えばＬＥＤやＬＤ等を用いて各単色光を電気的に切り替えて発光する構成や、白色ＬＥＤとカラーホイールで各単色光を機械的に切り替える構成が用いられる。この場合、撮像部１０５の撮像素子群にはカラーフィルタを有さないモノクロ撮像素子が用いられる。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。照明光学系１０２は、光源１０１の光を効率良くプレパラート１０３上の撮像基準領域１１０ａに導光する。
【００１５】
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。
【００１６】
図１（ｂ）には、プレパラート１０３と撮像基準領域１１０ａを図示している。撮像基準領域１１０ａとは、プレパラートの位置に依存せず、物体面の基準位置として存在する領域である。撮像基準領域１１０ａは、固定配置されている結像光学系１０４に対しては固定された領域であるが、プレパラート１０３との相対位置関係はプレパラート１０３の移動に合わせて変動する。プレパラート１０３上の被検試料の領域としては、撮像基準領域１１０ａとは別に、撮像対象領域５０１（後述）を定義する。プレパラート１０３が初期位置（後述）にある場合は、撮像基準領域１１０ａと撮像対象領域５０１は一致する。撮像対象領域５０１、プレパラートの初期位置は図５（ｂ）で説明する。プレパラート１０３は７６ｍｍ×２６ｍｍ程度の大きさであり、ここでは撮像基準領域１１０ａとして１５ｍｍ×１０ｍｍを想定している。
【００１７】
結像光学系１０４は、プレパラート１０３上の撮像基準領域１１０ａからの透過光を拡大して導光し、撮像部１０５の像面上に撮像基準領域１１０ａの実像である撮像基準領域像１１０ｂを結像する。撮像基準領域像１１０ｂは結像光学系１０４の収差の影響により変形あるいは変位している。ここでは歪曲収差によって樽型に歪んだ形状を想定している。結像光学系１０４の有効視野１１２は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌ、及び、撮像基準領域像１１０ｂを包含する大きさである。
【００１８】
撮像部１０５は、互いに間隙を介して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次元撮像素子を有して構成される撮像手段である。本実施形態では、４列×３行の１２個の２次元撮像素子１１１ａ〜１１１ｌが設けられている。これらの撮像素子は同一の基板上に実装してもよいし、別々の基板上に実装してもよい。なお、個々の撮像素子を区別するために、参照符号に対し、１行目の左から順にａ〜ｄ、２行目にｅ〜ｈ、３行目にｉ〜ｌのアルファベットを付しているが、図示の便宜のため図面中では「１１１ａ〜１１１ｌ」のように略記する。他の図面においても同様である。図１（ｃ）は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌ、像面での撮像基準領域像１１０ｂ、結像光学系の有効視野１１２、の３者のそれぞれの初期状態における位置関係を模式的に示している。
【００１９】
撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌと結像光学系の有効視野１１２の位置関係は固定であるため、像面での撮像基準領域像１１０ｂの歪み形状も撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌに対
して位置関係は固定である。プレパラート側に設けた移動機構１１３（ＸＹステージ）により撮像対象領域５０１を移動させながら、撮像対象領域５０１の全域を撮像する場合の撮像基準領域１１０ａと撮像対象領域５０１の位置関係については図５（ｂ）で説明する。
【００２０】
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、歪曲収差補正、倍率色収差補正などを含む。合成部１０７は、複数の撮像画像（分割画像）を繋ぎ合わせる処理を行う。ここで繋ぎ合せる画像は、現像・補正部１０６で歪曲収差補正や倍率収差補正済みの画像である。
【００２１】
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（登録商標）などの大容量の伝送が可能な通信規格を用いる。
【００２２】
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とよい。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、１５ｍｍ×１０ｍｍ相当の被検試料の高解像大サイズ撮像と取得画像の表示が実現できる。
【００２３】
ここでは、光源１０１で単色光を順次発光させてモノクロの撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌで撮像する構成を説明したが、光源を白色ＬＥＤとし、撮像素子をカラーフィルタ付撮像素子としても良い。
【００２４】
（撮像素子の構造）
図２（ａ）及び図２（ｂ）は、２次元撮像素子の構成と有効画像面について説明する模式図である。
【００２５】
図２（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。２０１は有効画像面、２０２は有効画像面の中心、２０３はダイ（イメージセンサチップ）、２０４は回路部、２０５はパッケージ枠を表している。有効画像面２０１とは、２次元撮像素子の受光面のうち有効画素が配置されている領域、すなわち画像データが生成される範囲をいう。図１（ｃ）に示した撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌの各領域は、図２（ａ）の有効画像面２０１に相当する。
【００２６】
図２（ｂ）は有効画像面２０１が正方画素の均等配列により構成されていることを示している。画素構造（画素の形状、配列）に関しては、他にも、八角形画素を互い違いに市松模様に配列した構造なども知られているが、いずれの画素構造も同一形状、同一配列の繰り返しという特徴を有している。
【００２７】
（結像光学系の収差）
結像光学系１０４では、レンズの形状や光学特性に起因して、歪曲収差、倍率色収差などの各種の収差が発生し得る。図３（ａ）及び図３（ｂ）を用いて、結像光学系の収差によって像が変形あるいは変位する現象を説明する。
【００２８】
図３（ａ）は、歪曲収差を説明する模式図である。物体面（プレパラート上）に物体面
ワイヤーフレーム３０１を配置し、その光学像を結像光学系を介して観測する。物体面ワイヤーフレーム３０１は撮像対象領域を行方向及び列方向にそれぞれ等間隔に分割したものである。像面（２次元撮像素子の有効画像面上）では、結像光学系の歪曲収差の影響により、歪んだ形状である像面ワイヤーフレーム３０２が観測される。ここでは、樽型の歪曲収差の例を示している。歪曲収差の場合は、２次元撮像素子で撮像すべき個々の分割領域は矩形ではなく歪んだ領域となる。分割領域の変形や変位の度合いは、レンズの中心部ではゼロ又はほとんど無視できるが、レンズの周辺部では大きくなる。例えば、左上の角の分割領域は、略ひし形に変形しており、本来の位置（収差が無い場合の理想の位置）に比べてレンズの中心方向に変位している。したがって、レンズの周辺部など少なくとも一部の分割領域については、収差による変形や変位を考慮した撮像が必要となる。
【００２９】
図３（ｂ）は、倍率色収差を説明する模式図である。倍率色収差とは、光線の波長によって屈折率が異なることが原因で発生する、色ごとの像のずれ（倍率の違い）である。物体面上の物体面ワイヤーフレーム３０１を結像光学系を介して観測すると、像面（２次元撮像素子の有効画像面上）では、倍率色収差の影響により、色ごとに異なる大きさ（倍率）の像面ワイヤーフレーム３０３が観測される。ここでは、Ｒ，Ｇ，Ｂの３つの像面ワイヤーフレーム３０３の例を示している。レンズの中心部では、Ｒ，Ｇ，Ｂの分割領域はほぼ同じ位置にあるが、レンズの周辺部にいくにしたがって収差による変位量が大きくなり、Ｒ，Ｇ，Ｂの分割領域のずれが大きくなっていることが分かる。倍率色収差の場合は、２次元撮像素子で撮像すべき領域の位置が、色ごと（つまりＲ，Ｇ，Ｂそれぞれ）で異なる。したがって、レンズの周辺部など少なくとも一部の分割領域については、収差による色ごとの像のずれを考慮した撮像が必要となる。
【００３０】
（撮像素子の配置）
図４は、歪曲収差を考えたときの２次元撮像素子の配置を説明する模式図である。
物体面（プレパラート上）の物体面ワイヤーフレーム３０１が、像面（２次元撮像素子の有効画像面上）では歪曲収差の影響により樽型に歪んだ像面ワイヤーフレーム３０２となる。物体面での斜線領域が各２次元撮像素子で撮像する分割領域を示している。物体面での分割領域は等間隔に配置された同じ大きさの矩形であるが、撮像素子群が配置される像面では、歪んだ形状の分割領域が不等間隔で並んでいる。通常、物体面の被検試料が倒立像として像面に形成されるが、分割領域の対応関係をわかりやすくするために、以下では、物体面と像面が正立関係にあるものとして図示する。
【００３１】
そこで、２次元撮像素子の有効画像面２０１ａ〜２０１ｌそれぞれの位置を、対応する分割領域（撮像する分割領域）の像面における形状及び位置に合わせて調整する。具体的には、２次元撮像素子の有効画像面２０１ａ〜２０１ｌの中心を物体面に投影した点である投影中心４０１ａ〜４０１ｌが、対応する分割領域の物体面における中心と一致するように、各２次元撮像素子の位置を決める。すなわち、図４に示すように、物体面上で等間隔に並んだ分割領域の像をそれぞれ有効画像面の中心で受光するように、意図的に、２次元撮像素子の像面上の配置（物理的な配置）を不等間隔に設定するのである。
【００３２】
一方、２次元撮像素子の大きさ（有効画像面２０１ａ〜２０１ｌの大きさ）については、少なくとも、有効画像面が対応する分割領域を内包するように決められる。このとき、２次元撮像素子の大きさは同一にすることもできるし、互いに異ならせることもできる。本実施形態では後者の構成、すなわち、対応する分割領域の像面における大きさに応じて個々の２次元撮像素子の有効画像面の大きさを異ならせる。なお、像面では分割領域が歪んだ形状をしているため、ここでは、分割領域の外接矩形の大きさを分割領域の大きさと定義する。具体的には、各２次元撮像素子の有効画像面の大きさを、像面での分割領域の外接矩形と同じ大きさか、この外接矩形の周囲に合成処理に必要な所定幅のマージンを加えた大きさとなるよう設定すればよい。
【００３３】
各２次元撮像素子の配置は、例えば、歪曲収差の設計値、若しくは、実測値から２次元撮像素子の配置中心と２次元撮像素子の大きさを算出しておき、工場調整時に実施するとよい。
【００３４】
以上のように、結像光学系の収差を考慮して各２次元撮像素子の配置及び大きさを調整したことにより、２次元撮像素子の有効画像面を効率的に利用できる。よって、従来（図１１）に比べて小サイズの２次元撮像素子で、画像合成に必要な画像データを取得することが可能である。また、物体面側における分割領域の大きさ及び間隔を一定にし、これを基準にして像面側の２次元撮像素子の配置を調整するというアプローチを採用したことにより、分割撮像における被写体の送り制御を単純な等間隔移動にできるという利点もある。分割撮像の手順については以下に説明する。
【００３５】
（分割撮像の手順）
図５（ａ）及び図５（ｂ）は、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。ここで、撮像基準領域１１０ａと撮像対象領域５０１について説明する。撮像基準領域１１０ａは、プレパラートの移動にかかわらず、物体面の基準位置として存在する領域である。一方、撮像対象領域５０１は、プレパラート上に載置された被検試料がある領域である。
【００３６】
図５（ａ）は、撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌと、像面での撮像基準領域像１１０ｂの位置関係を模式的に図示している。結像光学系１０４の歪曲収差の影響により、像面での撮像基準領域像１１０ｂは矩形ではなく樽型に歪んだ形状となっている。
【００３７】
図５（ｂ）の（１）から（４）は、プレパラート側に設けた移動機構によりプレパラートを移動させたときに、撮像対象領域５０１を撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌ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（ａ）に示すように撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌと結像光学系の有効視野１１２の位置関係は固定であるため、各撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌに対する結像光学系の歪曲収差形状は固定である。プレパラート（撮像対象領域５０１）を移動させながら全領域を撮像するときは、歪曲収差を考慮に入れる必要を排除するために、図５（ｂ）の（１）から（４）に示すように物体面での撮像対象領域５０１の等間隔移動を考えるのが簡単である。実際には撮像素子群１１１ａ〜１１１ｌで各分割領域を撮像後に、現像・補正部１０６で各撮像素子に合わせた歪曲収差補正が必要であるが、撮像対象領域５０１全体を隙間なく撮像することだけを考えるのであれば、物体面で考えるだけで十分である。
【００３８】
図５（ｂ）の（１）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（初期位置）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。プレパラートが初期位置にある場合は、撮像基準領域１１０ａ（実線）と撮像対象領域５０１（一点鎖線）は一致している。（２）には移動機構によりプレパラートをＹ正方向に移動させた後の、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。（３）には移動機構によりプレパラートをＸ負方向に移動させた後の、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、（４）には移動機構によりプレパラートをＹ負方向に移動させた後の、４回目の撮像で取得するエリアを網掛けで示している。
【００３９】
なお、後段の合成処理を簡易なシーケンスで行うために、物体面におけるＸ方向に隣り合う分割領域のＹ方向の読み出し画素数は概略一致しているとよい。また、合成部１０７で合成処理を行うために、隣接する撮像素子間には重複領域（マージン）が必要となるが、説明を簡単にするために、ここでは重複領域を省略している。
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。
【００４０】
（撮像処理）
図６（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。なお、以下に述べる各ステップの処理は、制御部１３０が実行するか、又は、制御部１３０からの指令に基づき撮像装置の各部が実行するものである。
【００４１】
ステップＳ６０１では、撮像エリアの設定を行う。本実施形態では、プレパラート上の被検試料の存在位置に合わせて、１５ｍｍ×１０ｍｍの大きさの撮像対象領域が設定される。被検試料の存在位置は、ユーザが指定することもできるし、プレパラートを事前に計測又は撮像した結果から自動で判定することもできる。
【００４２】
ステップＳ６０２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５（ｂ）を例にすると、撮像基準領域１１０ａと撮像対象領域５０１の相対位置が（１）で示す状態となるようにプレパラートを移動させる。この初期位置のときには、撮像基準領域１１０ａと撮像対象領域５０１の位置は一致する。
【００４３】
ステップＳ６０３では、Ｎ回目のレンズ画角内撮像を行う。各撮像素子で取得した画像データは、現像・補正部１０６に送られ必要な処理が施された後、合成部１０７での合成処理に利用される。なお、図４に示すように、分割領域の形状は歪んでいるため、撮像素子で取得した画像データから分割領域の部分のデータを切り出し、切り出したデータに対して収差補正を施す処理が必要となる。本実施形態では、これらの処理は現像・補正部１０６が行う。
【００４４】
ステップＳ６０４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、Ｓ６０５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Ｓ６０５では、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。図５（ｂ）を例にすると、撮像基準領域１１０ａと撮像対象領域５０１の相対位置が（２）〜（４）で示す状態となるようにプレパラートを移動させる。
【００４５】
図６（ｂ）はステップＳ６０３のレンズ画角内撮像での処理をさらに分解した処理フローを示している。
ステップＳ６０６では、単色光源（Ｒ光源、Ｇ光源、または、Ｂ光源）の発光、及び、撮像素子群の露光を開始する。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。
ステップＳ６０７では、各撮像素子から単色画像信号（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。
ステップＳ６０８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Ｓ６０６へ戻り、終了していれば処理を終了する。
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。
【００４６】
（本実施形態の利点）
以上述べた本実施形態の構成によれば、結像光学系の収差を考慮して各２次元撮像素子の配置及び大きさを調整したことにより、従来に比べて小サイズの２次元撮像素子で、画像合成に必要な画像データを取得することができる。その結果、無駄なデータ（画像合成に不要な領域のデータ）の取得を極力省くことができることから、データ量が削減され、データ伝送や画像処理の効率化を図ることができる。
【００４７】
なお、画像データを効率的に取得する方法としては、本実施形態の方法以外にも、分割領域の歪んだ形状に合わせて２次元撮像素子の画素構造（画素の形状、配置）そのものを変更するという方法も考え得る。しかしながら、この方法は、設計コスト、製造コストがかかる上に汎用性がないため、実際の実現は困難である。これに対し、本実施形態の方法は、図２（ｂ）に示すような同一形状の画素が均等配列された一般的な２次元撮像素子をそのまま利用できる、という利点もある。
【００４８】
［第２の実施形態］
次に、本発明の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態では、有効画像面の効率的な利用という観点から、分割領域個々の形状に合わせて各２次元撮像素子の有効画像面の大きさを異ならせることが好ましいことについて述べた。これに対し、本実施形態では、構成の簡素化、コスト低減、メンテナンス性の向上のため、同一スペックの２次元撮像素子を利用する構成を説明する。
【００４９】
本実施形態の説明において、前述した第１の実施形態と同一の部分についての詳細な説明を省略する。図１（ａ）に示した撮像装置の概略構成、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した２次元撮像素子の構成、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示した結像光学系の収差、図５（ｂ）に示した分割撮像の手順は、第１の実施形態と同じである。
【００５０】
（撮像素子の配置）
図７（ａ）〜図７（ｃ）は、歪曲収差に応じた読み出し領域を説明する模式図である。
図７（ａ）は、図４と同様に、歪曲収差を考えたときの２次元撮像素子の配置を説明する模式図である。物体面（プレパラート上）の物体面ワイヤーフレーム３０１が、像面（２次元撮像素子の有効画像面上）では歪曲収差の影響により樽型に歪んだ像面ワイヤーフレーム３０２となる。物体面での斜線領域が各撮像素子で撮像する分割領域を示している。物体面での分割領域は等間隔に配置された同じ大きさの矩形であるが、撮像素子群が配置される像面では、歪んだ形状の分割領域が不等間隔で並んでいる。
【００５１】
そこで、第１の実施形態と同様、２次元撮像素子の有効画像面２０１ａ〜２０１ｌの中心を物体面に投影した点である投影中心４０１ａ〜４０１ｌが、対応する分割領域の物体面における中心と一致するように、各２次元撮像素子の位置を決める。第１の実施形態（図４）と異なる点は、有効画像面の大きさが一致（又は略一致）する複数の２次元撮像素子を用いている点である。この構成の場合でも、撮像素子を等間隔配置した従来の構成（図１１）に比べれば、各撮像素子の有効画像面を十分に小さくでき、画像データの生成効率を高めることができる。
【００５２】
（データの読み出し方法）
図７（ｂ）は、２次元撮像素子のランダム読み出しを説明する模式図である。ここでは代表として撮像素子１１１ａに着目し、撮像素子１１１ａにおいて分割領域のみの画像データをランダム読み出しする場合を図示している。画像合成に必要な分割領域（斜線部分）を読み出しアドレスとして予め保持しておけば、その領域のデータのみを読み出すことができる。２次元撮像素子のランダム読み出しは、読み出しがＸＹアドレッシング方式であるＣＭＯＳイメージセンサのランダム読み出しで実現できる。制御部内のメモリに各撮像素子の読み出しアドレスをあらかじめ保持しておくことで、画像合成に必要な領域のデータのみの読み出しが可能となる。
【００５３】
図７（ｃ）は、２次元撮像素子のＲＯＩ（Ｒｅｇｉｏｎ  Ｏｆ  Ｉｎｔｅｒｅｓｔ）制御を説明する模式図である。ここでは代表として撮像素子１１１ｃに着目し、撮像素子１１１ｃにおいて分割領域に外接する矩形領域の画像データをＲＯＩ切り出しする場合を図
示している。一点鎖線領域をＲＯＩとして予め保持しておけば、その領域のデータのみを読み出すことができる。２次元撮像素子のＲＯＩ切り出しは、読み出しがＸＹアドレッシング方式であるＣＭＯＳイメージセンサで実現できる。制御部内のメモリに各撮像素子のＲＯＩを予め保持しておくことで、画像合成に必要な領域を内包する矩形領域のデータの切り出しが可能となる。
【００５４】
図７（ｂ）の方法は、高精度に分割領域の読み出しができ、画像合成に寄与する画像データのみを効率良く生成できるが、読み出しアドレスを格納する大容量メモリが必要であるとともに、ランダム読み出しのための制御回路も複雑化・大型化する。一方、図７（ｃ）の方法は、後段の処理として分割領域の切り出しが必要となるが、読み出しのための回路を簡素化できるという利点がある。システム構成に合わせて、いずれかの方式を選択できる。
【００５５】
図７（ｂ）のランダム読み出しアドレス、図７（ｃ）のＲＯＩの情報は、歪曲収差の設計値、若しくは、実測値から算出し、工場調整時にメモリに保持しておけばよい。
【００５６】
実際には、合成部１０７で合成処理（繋ぎ合わせ処理）を行うために、隣接する分割領域の画像間には重複領域（マージン）が必要となる。したがって、各々の２次元撮像素子からはこの重複領域を見込んだ大きさの領域のデータを読み出す（又は切り出す）こととなる。ただしここでは、説明を簡単にするために、重複領域を省略している。
【００５７】
（倍率色収差への対処）
ここまでは歪曲収差に対して説明を行ってきたが、ここで図８を用いて倍率色収差に対しての説明を行う。
【００５８】
図３（ｂ）で説明したように、倍率色収差が生じると、像面での分割領域の位置及び大きさが色ごとに異なる。そのため、２次元撮像素子の有効画像面の配置及び大きさは、Ｒ、Ｇ、Ｂそれぞれの分割領域の形状をすべて内包するように決定する。そして、色ごとに、図７（ｂ）で説明したランダム読み出しアドレス、若しくは、図７（ｃ）で説明したＲＯＩの再設定を行うことで、色ごとに適切な領域の画像データの読み出しを行う。
【００５９】
図８は、倍率色収差に応じた画像データ読み出しを説明するフローチャートである。これは、第１の実施形態の図６（ｂ）に対応するものである。複数回撮像で撮像対象領域全体を撮像する処理フローは図６（ａ）と同様である。
【００６０】
ステップＳ８０１では、撮像素子ごと、色ごとに、ランダム読み出しアドレス、若しくは、ＲＯＩの再設定を行う。ここで、各撮像素子の読み出し領域が決定する。制御部は、図３（ｂ）で説明した倍率色収差に対応するように、ＲＧＢごとにランダム読み出しアドレス、若しくは、ＲＯＩを予め保持しており、それを呼び出すことで再設定を行う。ＲＧＢごとのランダム読み出しアドレス、ＲＧＢごとのＲＯＩの情報は、歪曲収差の設計値、若しくは、実測値から算出し、工場調整時にメモリに保持しておくものとする。
【００６１】
ステップＳ８０２では、単色光源（Ｒ光源、Ｇ光源、または、Ｂ光源）の発光、及び、撮像素子群の露光を開始する。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。
ステップＳ８０３では、各撮像素子から単色画像信号（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。このとき、ステップＳ８０１で設定したランダム読み出しアドレス又はＲＯＩにしたがって、必要な領域の画像データのみが読み出される。
ステップＳ８０４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Ｓ８０１へ戻り、終了していれば処理を終了する。
以上の処理ステップにより、倍率色収差による色ごとの位置及び大きさのずれが修正された画像データを効率的に取得することができる。
【００６２】
（データの読み出し制御のための構成）
図９は、電気的に各撮像素子のデータの読み出し範囲を制御する構成を説明する模式図である。図９に示すように、制御部１３０は、各撮像素子１１１ａ〜１１１ｌの読み出し領域又は切り出し領域を制御する撮像制御部９０１ａ〜９０１ｌと、撮像信号制御部９０２と、収差データ格納部９０３と、ＣＰＵ９０４を備えて構成される。
【００６３】
２次元撮像素子のランダム読み出しやＲＯＩ制御を考慮し、予め、対物レンズの歪曲収差データを収差データ格納部１００３に格納する。歪曲収差データは、歪曲収差形状を表すデータである必要はなく、ランダム読み出しやＲＯＩ制御を行うための位置データ、若しくは、それに変換できるデータであれば良い。撮像信号制御部９０２は、ＣＰＵ９０４から対物レンズ情報を受信し、該当する対物レンズの歪曲収差データを収差データ格納部９０３から読み出す。そして、撮像信号制御部９０２は、読み出した歪曲収差データに基づき、撮像制御部９０１ａ〜９０１ｌを駆動する。
【００６４】
図８で説明した倍率色収差に対応する場合には、収差データ格納部９０３に対し、倍率色収差データを格納する。撮像信号制御部９０２は、ＣＰＵ９０４から撮像色（ＲＧＢ）が変更された信号をうけ、該当する色（ＲＧＢのいずれか）の倍率色収差データを収差データ格納部９０３から読み出す。そして、読み出した倍率色収差データに基づき、撮像制御部９０１ａ〜９０１ｌを駆動することになる。
【００６５】
以上の構成により、有効画像面の大きさが同じ２次元撮像素子を利用する場合でも、２次元撮像素子のランダム読み出しやＲＯＩ制御を行うことで画像データを効率良く生成することができる。そして本実施形態の構成によれば、同一スペックの２次元撮像素子及び撮像制御部を用いることができるので、構成の簡素化、コストの低減、メンテナンス性の向上を図ることができる。なお、本実施形態では撮像素子から必要なデータのみ読み出す構成としたが、第１の実施形態のように撮像素子から全部のデータを読み出し、後段（現像・補正部１０６）で必要なデータを切り出すようにしてもよい。
【００６６】
［第３の実施形態］
上記実施形態では静的で固定値としての歪曲収差を考えてきたが、第３の実施形態では動的に変動する歪曲収差について言及する。
【００６７】
例えば、結像光学系１０４の対物レンズの倍率を変更した場合や、対物レンズ自体を交換した場合には、レンズ形状や光学特性の違いにより収差が変化し、像面における各分割領域の形状や位置が異なったものとなる。また、環境温度の変化や照明光の熱などによって、撮像装置の使用中に結像光学系１０４の収差が変動することも考えられる。そこで、結像光学系１０４の倍率変更又はレンズ交換を検知するセンサや結像光学系１０４の温度を測定するセンサなどを設け、その検知結果に基づき収差の変化に適応的に対応できるようにするとよい。
【００６８】
具体的には、図９で示したような構成において、変化後の収差による各分割領域の変形や変位に応じて、各撮像素子のデータの読み出し範囲を電気的に変化させてもよい。あるいは、変化後の収差による各分割領域の変形や変位に応じて、機械的に各撮像素子を再配置してもよい。機械的に各撮像素子を再配置する構成（位置調整手段）は、一般的な顕微鏡に用いられているＸＹθステージのピエゾ駆動やモータ駆動により、各撮像素子の位置制御や回転制御を行うことで実現できる。この場合も有効画像面の大きさが略一致する複数の２次元撮像素子を用いることで、同一の機械的駆動機構を用いることができ、構成を
簡素化できる。なお、対物レンズの設計値若しくは実測値から、対物レンズの倍率や種類、温度といった条件ごとに、２次元撮像素子の配置中心と大きさを算出し、工場調整時に各条件での各２次元撮像素子の配置をメモリに保持しておくものとする。
【００６９】
以下、図１０を用いて、対物レンズの倍率変更や交換に応じて、各撮像素子を機械的に再配置する構成の例を説明する。撮像部１０５には、それぞれの撮像素子１１１ａ〜１１１ｌに対し、ＸＹθステージ１００１ａ〜１００１ｌが設けられている。ＸＹθステージ１００１ａ〜１００１ｌにより、撮像素子１１１ａ〜１１１ｌの有効画像面のＸ方向とＹ方向の平行移動とＺ軸周りの回転が可能となる。また制御部１３０は、ＸＹθステージ制御部１００２、収差データ格納部１００３、ＣＰＵ１００４、レンズ検知部１００５を備えている。
【００７０】
対物レンズの倍率ごと、及び、対物レンズの種類ごとの歪曲収差データが、収差データ格納部１００３に格納されている。歪曲収差データは、歪曲収差形状を表すデータである必要はなく、ＸＹθステージを駆動するための位置データ、若しくは、それに変換できるデータであれば良い。レンズ検知部１００５は、対物レンズの変更を検知し、ＣＰＵ１００４に通知する。ＸＹθステージ制御部１００２は、ＣＰＵ１００４から対物レンズが変更された信号を受け、該当する対物レンズの歪曲収差データを収差データ格納部１００３から読み出す。そして、ＸＹθステージ制御部１００２は、読み出した歪曲収差データに基づき、ＸＹθステージ１００１ａ〜１００１ｌを駆動する。
【００７１】
以上述べた本実施形態の構成によれば、第１、第２の実施形態と同様、画像合成に必要な画像データを効率良くすることができる。加えて、対物レンズの変更に対して、適応的に２次元撮像素子の配置を変化させることで、倍率変更、レンズ交換の各操作により生じる歪曲収差の変化に対応することができる。また、撮像素子群として有効画像面の大きさが略一致する２次元撮像素子を用いているため、各２次元撮像素子の移動制御機構に同一の機構を用いることができ、構成の簡素化及びコストの低減を図ることができる。
なお、温度による収差変動に対応するには、図９、図１０などの構成において結像光学系１０４の鏡筒の温度を測定する温度センサを設け、その測定温度に応じて撮像素子のデータ読み出し範囲の変更あるいは撮像素子の位置調整を行えばよい。
【符号の説明】
【００７２】
１０３：プレパラート、１０４：結像光学系、１０５：撮像部、１１１ａ〜１１１ｌ：２次元撮像素子、１１３：移動機構、１３０：制御部
【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８】
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【図９】
2012138891.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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