攝像裝置制造方法

攝像裝置制造方法
【專利摘要】一種攝像裝置包括：測(cè)量部，被配置為測(cè)量對(duì)象物的表面形狀；攝像部，被配置為通過(guò)攝像元件取得在攝像光學(xué)系統(tǒng)的像面上的對(duì)象物的不同區(qū)域的圖像；焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元，被配置為檢測(cè)對(duì)象物的焦點(diǎn)位置，在所述焦點(diǎn)位置處，對(duì)象物的焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)被聚焦在像面上；以及焦點(diǎn)位置確定單元，被配置為基于焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元的檢測(cè)和測(cè)量部的測(cè)量，確定在與焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)不同的點(diǎn)處的對(duì)象物的焦點(diǎn)位置。攝像部基于焦點(diǎn)位置確定單元的確定、在圖像被聚焦在攝像元件上的同時(shí)攝取不同區(qū)域的圖像。
【專利說(shuō)明】攝像裝置
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及取得對(duì)象物(object)的圖像的攝像裝置，例如數(shù)字顯微鏡。
【背景技術(shù)】
[0002]近些年來(lái)，已經(jīng)關(guān)注這樣的攝像裝置:其獲取整個(gè)樣本的外形信息以及細(xì)胞組織的細(xì)節(jié)作為計(jì)算機(jī)化圖像，并將計(jì)算機(jī)化圖像顯示在監(jiān)視器上以供觀察。
[0003]這種類型的攝像裝置的特征在于，對(duì)象物的尺寸相比于觀察對(duì)象物必需的物鏡的分辨率(〈I μ m)較大(幾毫米到幾十毫米)。因此，為了形成具有高分辨率和寬廣視場(chǎng)(fieldof view)的圖像，有必要通過(guò)將由具有狹窄視場(chǎng)但具有高分辨率的物鏡攝取的對(duì)象物不同部分的圖像進(jìn)行合并來(lái)取得一個(gè)整體圖像。
[0004]然而，當(dāng)對(duì)于對(duì)象物的各部分測(cè)量散焦并進(jìn)行聚焦時(shí)，花費(fèi)很多時(shí)間來(lái)取得一個(gè)整體圖像。因此，PTLl公開(kāi)了在保持樣本(對(duì)象物)的載玻片的三個(gè)以上的點(diǎn)處進(jìn)行聚焦以取得載玻片的傾斜，并且，通過(guò)計(jì)算來(lái)推定這三個(gè)以上的點(diǎn)以外的點(diǎn)處的焦點(diǎn)位置。PTL2公開(kāi)了事先取得其中存在樣本的區(qū)域，測(cè)量該區(qū)域中三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)處的焦點(diǎn)位置，并根據(jù)包括這三個(gè)點(diǎn)的平面方程來(lái)計(jì)算任意位置處的焦點(diǎn)位置。
[0005]在PTLl和PTL2中，包括對(duì)象物的表面上的三個(gè)點(diǎn)的平面方程根據(jù)這三個(gè)點(diǎn)處的焦點(diǎn)位置取得。然而，實(shí)際樣本的表面不總是平坦的。為此原因，通過(guò)PTLl和PTL2中所描述的方法取得的圖像可能由于任意位置處的焦點(diǎn)位置大大偏離實(shí)際焦點(diǎn)位置而是模糊的，或者，可能由于再次進(jìn)行聚焦而花費(fèi)更多的時(shí)間。
[0006]引用列表
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]PTLl 日本專利 N0.4332905
[0009]PTL2 日本專利特開(kāi) N0.2004-191959

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]根據(jù)本發(fā)明一方面的攝像裝置包括:測(cè)量部，被配置為測(cè)量對(duì)象物的表面形狀；攝像部，被配置為取得由多個(gè)攝像元件在攝像光學(xué)系統(tǒng)的像面上形成的對(duì)象物的不同區(qū)域的圖像；焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元，被配置為檢測(cè)對(duì)象物的焦點(diǎn)位置，在該焦點(diǎn)位置處，對(duì)象物的焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)被聚焦在所述像面上；以及焦點(diǎn)位置確定單元，被配置為基于焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果和測(cè)量部的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定在與對(duì)象物的焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)不同的點(diǎn)處的對(duì)象物的焦點(diǎn)位置。攝像部基于焦點(diǎn)位置確定單元的確定結(jié)果、在圖像被聚焦在所述多個(gè)攝像元件上的狀態(tài)下攝取對(duì)象物的不同區(qū)域的圖像。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0011]圖1示出根據(jù)第一和第二實(shí)施例的攝像裝置的整體構(gòu)造。
[0012]圖2示出樣本部。[0013]圖3示出樣本位置、攝像區(qū)域和照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)之間的關(guān)系。
[0014]圖4A和4B示出夏克哈特曼(Shack-Hartmann)波前傳感器。
[0015]圖5A和5B示出夏克哈特曼波前傳感器中的成像點(diǎn)的位置。
[0016]圖6示出樣本位置、攝像區(qū)域和傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)之間的關(guān)系。
[0017]圖7示出傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)和不同點(diǎn)處的表面形狀數(shù)據(jù)。
[0018]圖8A和8B示出像面上的樣本圖像。
[0019]圖9A、9B和9C示出聚焦傳感器單元的結(jié)構(gòu)以及聚焦的原理。
[0020]圖10A、10B和IOC示出照明光和散射光的光路。
[0021]圖11示出取得焦點(diǎn)位置所采用的照明方法。
[0022]圖12示出根據(jù)焦點(diǎn)位置的攝像元件的高度調(diào)節(jié)。
[0023]圖13A到13H示出通過(guò)多個(gè)攝像操作獲取整體圖像。
[0024]圖14示出樣本聚焦過(guò)程。
[0025]圖15A和15B示出照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)、傾斜檢測(cè)點(diǎn)以及聚焦傳感器之間的關(guān)系。
[0026]圖16示出樣本聚焦過(guò)程。
[0027]圖17示出根據(jù)第三實(shí)施例的攝像裝置的總體構(gòu)造。
[0028]圖18示出樣本聚焦過(guò)程。
[0029]圖19示出包括多個(gè)聚焦傳感器的攝像部。
[0030]圖20示出根據(jù)第四實(shí)施例的攝像裝置的總體構(gòu)造。
[0031]圖21示出樣本聚焦過(guò)程。
【具體實(shí)施方式】
[0032]下面將介紹根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的攝像裝置。
[0033]第一實(shí)施例
[0034]圖1示意性地示出根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的攝像裝置I。參照?qǐng)D1，攝像裝置I包括:主攝像系統(tǒng)10，其用作以高分辨率和寬廣視場(chǎng)攝取圖像的攝像部；以及，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20，其用作對(duì)將要觀察的樣本的表面形狀和位置進(jìn)行測(cè)量的測(cè)量部。
[0035]主攝像系統(tǒng)10包括:照明光學(xué)系統(tǒng)100，其將來(lái)自光源單元110的光引導(dǎo)到其上放置樣本225的被照射面；攝像光學(xué)系統(tǒng)300，其形成樣本225的圖像；以及，攝像元件單元400，其中，多個(gè)攝像元件430被布置在攝像光學(xué)系統(tǒng)300的像面上。測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20包括:位置測(cè)量設(shè)備510，其測(cè)量樣本臺(tái)210的位置；光源520，其照亮樣本225 ;半反射鏡530 ;照相機(jī)540,其測(cè)量樣本225的位置；以及，照相機(jī)傳感器550,其測(cè)量樣本225的表面形狀。例如，樣本225被放置在載玻片和蓋玻片(載玻片和蓋玻片沒(méi)有示出；有時(shí)不使用蓋玻片)之間以形成準(zhǔn)備好的玻片220。準(zhǔn)備好的玻片220被放置在樣本臺(tái)210上，并由樣本臺(tái)210在主攝像系統(tǒng)10和測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20之間傳送。
[0036]下面,攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸被稱為Z方向，且與攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸垂直的平面被稱為XY平面。
[0037]將按照?qǐng)D14的用于在準(zhǔn)備好的玻片220放置在樣本臺(tái)210上之后取得樣本的整體圖像的過(guò)程，詳細(xì)介紹這些結(jié)構(gòu)。
[0038]首先，樣本225被放置在能用測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20對(duì)樣本225進(jìn)行測(cè)量的位置處(步驟 101)。
[0039]然后，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20測(cè)量樣本225的尺寸、攝像區(qū)域、攝像位置(樣本基準(zhǔn)點(diǎn))以及表面形狀(步驟102)。
[0040]照相機(jī)540通過(guò)使用經(jīng)由半反射鏡530從光源520施加的光的透過(guò)光來(lái)攝取樣本225的圖像，以識(shí)別樣本225在樣本臺(tái)210上的位置。由此測(cè)量樣本225的尺寸、攝像區(qū)域、攝像位置等。照相機(jī)傳感器550是夏克哈特曼波前傳感器，并測(cè)量樣本225的表面形狀。已經(jīng)知道，當(dāng)蓋玻片被放置在樣本225上時(shí)，樣本225的表面形狀隨著蓋玻片的表面形狀而變化。為此原因，當(dāng)蓋波片被放置在樣本225上時(shí)，可將蓋玻片的表面形狀測(cè)量為樣本225的表面形狀。
[0041]樣本臺(tái)210可在Z、X和Y方向上改變準(zhǔn)備好的玻片220的位置或關(guān)于Z方向傾斜準(zhǔn)備好的玻片220的位置，并被驅(qū)動(dòng)以使得樣本225與被照射面一致。圖2示出(在樣本臺(tái)210上的)準(zhǔn)備好的玻片220和樣本225的位置、將由照相機(jī)540拍攝的區(qū)域540a、主攝像操作中的攝像區(qū)域400a以及樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP。。主攝像操作中的攝像區(qū)域400a、樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP0以及樣本225的表面形狀由處理單元610確定。攝像區(qū)域400a由樣本225的尺寸、形狀和位置以及能由攝像光學(xué)系統(tǒng)300拍攝的區(qū)域確定。
[0042]如圖3所示，樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl指示如從照相機(jī)540看到的樣本的代表性位置，并在攝像區(qū)域400a被確定后被確定為所拍攝圖像的坐標(biāo)(a。, b。)。例如，在王攝像系統(tǒng)10的基準(zhǔn)點(diǎn)被設(shè)置在攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸中心處的情況下，當(dāng)在測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20中確定的攝像區(qū)域400a與主攝像系統(tǒng)10的攝像區(qū)域?qū)?zhǔn)時(shí)，在與攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸中心對(duì)應(yīng)的位置處確定樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtlt5為此原因，樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl根據(jù)主攝像系統(tǒng)10中的預(yù)定基準(zhǔn)點(diǎn)(主基準(zhǔn)點(diǎn))的位置來(lái)確定。
[0043]根據(jù)三個(gè)點(diǎn)一S卩，在裝置的組裝期間事先取得的“臺(tái)位置(由位置測(cè)量設(shè)備510測(cè)得)”、“圖像坐標(biāo)”和“主攝像系統(tǒng)中的基準(zhǔn)位置(主基準(zhǔn)點(diǎn))” 一之間的位置關(guān)系數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算臺(tái)驅(qū)動(dòng)量，以使得主基準(zhǔn)點(diǎn)和樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl彼此一致。
[0044]以這種方式，確定主攝像操作中的攝像區(qū)域400a、樣本的表面形狀以及樣本的位置(樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPci)。
[0045]接著，將給出對(duì)于用照相機(jī)傳感器550測(cè)量樣本225或蓋玻片的表面形狀的方法的介紹。如上面所介紹的，照相機(jī)傳感器550是夏克哈特曼波前傳感器，并且如圖4A和4B所示那樣包括攝像元件551和微透鏡陣列552。照相機(jī)傳感器550接收來(lái)自由光源520和半反射鏡530照亮的蓋玻片或樣本225的反射光。此時(shí)，照相機(jī)傳感器550的微透鏡陣列552上的入射光在攝像元件551上形成多個(gè)點(diǎn)像。當(dāng)來(lái)自樣本225或蓋玻片的反射光理想且不畸變時(shí)，點(diǎn)像以等間隔排列，如圖4A所示。相反，當(dāng)樣本225的表面的一部分畸變時(shí)，來(lái)自該部分的反射光聚焦在與理想點(diǎn)像位置不對(duì)準(zhǔn)的位置上，如圖4B所示。
[0046]當(dāng)樣本225或蓋玻片的表面理想地是平坦的時(shí)，由黑色圓圈所示的成像點(diǎn)規(guī)則地排列在攝像元件551上,如圖5A所示。相反，當(dāng)樣本225的表面(對(duì)象物的表面)部分地畸變時(shí)，成像點(diǎn)不與由白色圓圈所示的理想成像點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)，如圖5B所示。理想成像點(diǎn)和實(shí)際成像點(diǎn)之間的差異指示樣本225或蓋玻片的表面相對(duì)于理想平坦表面的傾斜。為此原因，樣本或蓋玻片的表面的Z方向上的不規(guī)則可通過(guò)聯(lián)系測(cè)量點(diǎn)處的差異來(lái)識(shí)別，并可獲取樣本225或蓋玻片的表面形狀。以這種方式,獲取關(guān)于樣本225的表面上的多個(gè)不同點(diǎn)處的、與攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸正交的方向(X方向，Y方向)上的位置以及與光軸平行的方向(Z方向)上的位置的信息。
[0047]圖6示出有關(guān)樣本位置中的攝像元件551、成像點(diǎn)位置、樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1以及將要由照相機(jī)傳感器550觀察的區(qū)域550a的關(guān)系。樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1代表如從照相機(jī)傳感器550看到的樣本的代表性位置。下面，為了與用作從照相機(jī)540看到的樣本的代表性位置的樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl進(jìn)行區(qū)分，將樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl稱作照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl,并將樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1稱作傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP115
[0048]類似于照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl,傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1被確定為使得主攝像系統(tǒng)10中的攝像區(qū)域與由測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20確定的攝像區(qū)域400a—致。也就是說(shuō)，在攝像區(qū)域400a中照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl所對(duì)應(yīng)的位置處確定傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP115為此原因，傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1通過(guò)確定照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl而被唯一地確定。
[0049]這里，傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1的坐標(biāo)被取作(，Id1 )。此時(shí)，例如，如圖7所示，傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1用數(shù)據(jù)(Xa1Iv Ya1Iv Za1I^1)= (0，0，0)表示。與傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1不同的點(diǎn)用有關(guān)相對(duì)于傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1的散焦量(Xxy，Yxy, Zxy)的數(shù)據(jù)表示。這里，小寫(xiě)字母X和y表示表面形狀數(shù)據(jù)中的單元(cel I)的列和行。以這種方式，測(cè)量并獲取樣本225的表面形狀。
[0050]接下來(lái)，為了攝取樣本225的圖像，對(duì)樣本臺(tái)210進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，以使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl與主基準(zhǔn)點(diǎn)一致(步驟103)。
[0051]再次參照?qǐng)D1，下面將介紹主攝像系統(tǒng)10的細(xì)節(jié)。照明光學(xué)系統(tǒng)100通過(guò)光學(xué)整合器單元120對(duì)從光源單元110發(fā)射的光進(jìn)行重疊，并以均勻照度照亮樣本225的整個(gè)表面。光源單元110發(fā)射用于照亮樣本225的光束，并且例如由一個(gè)或更多個(gè)鹵素?zé)襞?、氙氣燈泡或LED構(gòu)成。攝像光學(xué)系統(tǒng)300以寬廣的視場(chǎng)`并以高分辨率在像面上形成被照亮的樣本225的圖像。圖8A所示的樣本225的圖像被攝像光學(xué)系統(tǒng)300形成為圖8B中虛線所示的圖像225A。
[0052]攝像元件單元400包括攝像臺(tái)410、電路板420、攝像元件430以及聚焦傳感器440。如圖8B所示，攝像元件430以與攝像臺(tái)410上的攝像光學(xué)系統(tǒng)300的像面對(duì)準(zhǔn)的方式間隔布置在電路板420上。聚焦傳感器440是檢測(cè)樣本225的焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)的焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元。聚焦傳感器440被設(shè)置在電路板420上，并用作用于對(duì)準(zhǔn)主攝像系統(tǒng)10和測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20的主基準(zhǔn)點(diǎn)。
[0053]例如，聚焦傳感器440可以是能以高速對(duì)均勻照亮的樣本的圖像的對(duì)比度進(jìn)行處理的二維攝像元件，或者，可以由多個(gè)曝光計(jì)(act inome t er )構(gòu)成以通過(guò)光量來(lái)確定焦點(diǎn)位置。這里，將參照?qǐng)D9A-9C給出對(duì)于當(dāng)使用多個(gè)曝光計(jì)時(shí)用于獲取焦點(diǎn)位置信息的聚焦傳感器440的結(jié)構(gòu)以及所采用的焦點(diǎn)位置獲取方法的介紹。如圖9A所示，聚焦傳感器440通過(guò)半棱鏡442對(duì)來(lái)自攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光312進(jìn)行分割，并通過(guò)光量傳感器單元441取得不同位置處的光量。光量傳感器單元441中的兩個(gè)光量傳感器的受光面441a和441b具有與將由攝像光學(xué)系統(tǒng)300形成的最小斑尺寸基本上相等的尺寸。這將與針孔效應(yīng)相同的效應(yīng)給予受光面441a以及441b。另外,兩個(gè)受光面441a和441b被調(diào)節(jié)為距攝像光學(xué)系統(tǒng)300的像面相等的距離，使得在受光面441a和441b檢測(cè)到相同光量時(shí)攝像光學(xué)系統(tǒng)300的像面與樣本225的成像位置一致。[0054]在圖9B中，縱軸表示根據(jù)成像位置變化的入射光的光量。虛線和實(shí)線分別代表在兩個(gè)受光面441a和441b上的入射光的量Ia和lb。橫軸表示成像位置。在圖9C中，縱軸表不(Ia-1b)/ (Ia+Ib),且橫軸表不成像位置。如圖9B所不,光量傳感器上入射光的量的曲線具有相同的峰形狀。此時(shí)，如圖9C所示，(Ia-1b)/ (Ia+Ib)在特定的成像位置處是0，這顯示聚焦傳感器440與樣本225的成像位置一致。當(dāng)(Ia-1b)/ (Ia+Ib)為正值時(shí)，帶出前聚焦?fàn)顟B(tài)，當(dāng)(Ia-1b)/ (Ia+Ib)為負(fù)值時(shí),帶出后聚焦?fàn)顟B(tài)。因此,成像位置信息可基于由光量傳感器單元441中的兩個(gè)光量傳感器接收的光量的差異或比率而被定量測(cè)量。
[0055]當(dāng)獲取焦點(diǎn)位置信息時(shí)，可通過(guò)僅僅取得暗視場(chǎng)照明時(shí)來(lái)自樣本225的散射光來(lái)增強(qiáng)可靠性。例如，通過(guò)將照明光學(xué)系統(tǒng)100的數(shù)值孔徑NA設(shè)置為大于攝像光學(xué)系統(tǒng)300的數(shù)值孔徑NA以使照明光不進(jìn)入攝像光學(xué)系統(tǒng)300，可僅僅獲取來(lái)自樣本225的散射光。在這種情況下，圖1OA用實(shí)線示意性地示出照明光，并用虛線示出散射光?？商娲兀?dāng)使得來(lái)自照明光學(xué)系統(tǒng)100的照明光嚴(yán)格平行于攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸并在攝像光學(xué)系統(tǒng)300或類似物的光瞳面處被光阻擋單元350阻擋時(shí)，也可僅僅取得來(lái)自樣本225的散射光。在這種情況下，圖1OB用實(shí)線示意性地示出照明光，并用虛線示出散射光。
[0056]另外，可替代地，如圖11所示，準(zhǔn)備與照明光學(xué)系統(tǒng)100不同的照明光學(xué)系統(tǒng)111，并以與可由攝像光學(xué)系統(tǒng)300捕獲的區(qū)域311相比更大的角度傾斜地施加照明光。于是，來(lái)自樣本部的反射光不被攝像光學(xué)系統(tǒng)300捕獲，而是可僅僅取得來(lái)自樣本225的散射光。在這種情況下，圖1OC用實(shí)線示意性地示出照明光，并用虛線示出散射光。
[0057]另外，多個(gè)攝像元件430中的任意攝像元件可被選擇為聚焦傳感器而不是僅將傳感器用于聚焦，所選擇的攝像元件中的特定像素可被設(shè)置為主基準(zhǔn)點(diǎn)，并可通過(guò)使用上面介紹的方法來(lái)進(jìn)行聚焦。
[0058]通過(guò)上面介紹的結(jié)構(gòu)和方法，用聚焦傳感器440來(lái)確定焦點(diǎn)位置。
[0059]在Z方向上移動(dòng)樣本臺(tái)210的同時(shí)，用聚焦傳感器440尋找照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPq處的樣本225的焦點(diǎn)位置(步驟104)。
[0060]這里，樣本225被放置為使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl和聚焦傳感器單元440相對(duì)于攝像光學(xué)系統(tǒng)300具有共軛位置關(guān)系。有時(shí)在不僅聚焦到樣本225的表面上而且聚焦到樣本225的內(nèi)部的情況下攝取樣本225的圖像。因此，焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)不僅可被設(shè)置在樣本225的表面上,而且可被設(shè)置在樣本225內(nèi)。
[0061]在照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處取得聚焦之后，用測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20取得的表面形狀數(shù)據(jù)被應(yīng)用到整個(gè)樣本225 (步驟105)。
[0062]首先，使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl和主基準(zhǔn)點(diǎn)具有在攝像光學(xué)系統(tǒng)300中的物點(diǎn)和像點(diǎn)之間的聚焦關(guān)系。在照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl以外的部分中，焦點(diǎn)位置由用作焦點(diǎn)位置確定單元的處理單元610基于聚焦傳感器440的檢測(cè)結(jié)果和事先取得的表面形狀數(shù)據(jù)來(lái)確定。此時(shí)，當(dāng)傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1被設(shè)置在攝像區(qū)域400a中的照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl所對(duì)應(yīng)的位置處時(shí)，參考照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處的焦點(diǎn)位置來(lái)應(yīng)用事先取得的表面形狀數(shù)據(jù)。也就是說(shuō)，使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處的焦點(diǎn)位置與用作表面形狀數(shù)據(jù)的基準(zhǔn)點(diǎn)的傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1對(duì)應(yīng)，并且，與傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1的差異(表面形狀)作為Z方向上的散焦量被應(yīng)用，由此確定樣本的整個(gè)表面的焦點(diǎn)位置。當(dāng)傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1被設(shè)置在與和照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl對(duì)應(yīng)的位置不同的位置時(shí)，使得表面形狀數(shù)據(jù)中的照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl所對(duì)應(yīng)的位置對(duì)應(yīng)于照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處的焦點(diǎn)位置。然后，將表面形狀數(shù)據(jù)應(yīng)用到樣本的整個(gè)表面。
[0063]通過(guò)這樣做，可通過(guò)少量聚焦操作取得從樣本225的表面到內(nèi)部的焦點(diǎn)位置。然而，對(duì)于攝像部側(cè)的散焦量，考慮攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光學(xué)(橫向)倍率β。例如，假設(shè)攝像光學(xué)系統(tǒng)奇數(shù)次形成圖像，并在樣本上的任意點(diǎn)(Xxy，Yxy)處設(shè)置相對(duì)于傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1的散焦zxy。在這種情況下，在像面?zhèn)?，在XY平面上的點(diǎn)(-XxyX β ,-YxyX β )處應(yīng)用散焦ZxyX β2。
[0064]當(dāng)整個(gè)表面實(shí)際上被聚焦時(shí)，樣本臺(tái)210和攝像元件430之間的相對(duì)位置被改變?yōu)槭沟脴颖九_(tái)210與攝像元件430具有共軛關(guān)系(步驟106)。例如，如圖12所示，攝像元件430被結(jié)構(gòu)化為在Z方向上被驅(qū)動(dòng)并且繞X和Y軸可旋轉(zhuǎn)。攝像元件430根據(jù)考慮表面形狀和倍率β確定的焦點(diǎn)位置而受到驅(qū)動(dòng)，使得能夠在樣本225對(duì)焦(in focus)的情況下進(jìn)行成像。為了使得整個(gè)樣本的散焦量最小化，樣本臺(tái)210可在Z方向上受到驅(qū)動(dòng)并且關(guān)于X和Y軸被傾斜。
[0065]通過(guò)上面介紹的過(guò)程，對(duì)整個(gè)表面進(jìn)行聚焦并取得圖像。由于多個(gè)攝像元件430被分離地布置在第一實(shí)施例的攝像部中，所以不能在一個(gè)攝像操作中攝取樣本的整體圖像。為此原因，有必要通過(guò)在相對(duì)于與攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸方向垂直的平面移動(dòng)樣本225和攝像元件單元400的同時(shí)進(jìn)行攝像操作并對(duì)所取得的獨(dú)立圖像進(jìn)行合并來(lái)形成樣本的整體圖像。
[0066]下面將給出對(duì)于當(dāng)將整個(gè)樣本攝取為一個(gè)圖像時(shí)在樣本225和樣本臺(tái)210的移動(dòng)與攝像光學(xué)系統(tǒng)300和攝像元件單元400之間的關(guān)系的介紹。圖13A-13H示出這樣的情況:其中，多個(gè)攝像元件430以網(wǎng)格圖案布置，在三次在XY平面上平移樣本部200的同時(shí)攝取圖像，并對(duì)所攝取的圖像進(jìn)行合并。圖13A-13D示出當(dāng)在與攝像光學(xué)系統(tǒng)300的光軸垂直的方向上平移樣本臺(tái)210以填充攝像元件430之間的間隙的同時(shí)攝取圖像時(shí)攝像元件430與樣本圖像225A之間的關(guān)系。
[0067]當(dāng)?shù)谝粩z像操作在圖13A的位置處進(jìn)行時(shí)，樣本225的圖像225A的僅其中設(shè)置攝像元件的區(qū)域(陰影部分)被分離地?cái)z取，如圖13E所示。接著，當(dāng)樣本臺(tái)210被平移并在圖13B的位置處進(jìn)行第二攝像操作時(shí)，取得包括前面攝取的圖像的圖13F的陰影部分的圖像。當(dāng)樣本臺(tái)210被進(jìn)一步平移并在圖13C的位置處進(jìn)行第三攝像操作時(shí)，取得包括前面攝取的圖像的圖13G的陰影部分的圖像。當(dāng)樣本臺(tái)210被進(jìn)一步平移并移到圖13D的位置并且圖像被攝取時(shí)，所攝取的圖像疊加在通過(guò)前三次攝像操作取得的圖像上，故能夠形成攝像區(qū)域的整體圖像，如圖13H所示。
[0068]以這種方式，取得樣本的整體圖像。為了取得對(duì)焦圖像，在四個(gè)攝像操作的每一個(gè)中，通過(guò)圖14的步驟104到106來(lái)進(jìn)行聚焦。
[0069]借助上面介紹的方法，通過(guò)使用具有寬廣視場(chǎng)和多個(gè)攝像元件的光學(xué)系統(tǒng)，形成對(duì)焦且高分辨率的整體圖像。
[0070]根據(jù)上面介紹的方法，可以更為準(zhǔn)確地確定任意位置處的對(duì)象物的焦點(diǎn)位置，并在較短時(shí)間內(nèi)取得對(duì)象物的整體圖像。
[0071]第二實(shí)施例
[0072]在第一實(shí)施例中，測(cè)量樣本225的表面形狀，并將照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl與主基準(zhǔn)點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)。在照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處確定攝像光學(xué)系統(tǒng)的焦點(diǎn)位置，并隨著表面形狀的波動(dòng)驅(qū)動(dòng)攝像元件或類似物，使得還在除點(diǎn)BPtl以外的多個(gè)點(diǎn)處確定焦點(diǎn)位置，并取得樣本的對(duì)焦整體圖像。
[0073]然而，如果準(zhǔn)備好的玻片220在從測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20到主攝像系統(tǒng)10的運(yùn)送期間由于沖擊等而傾斜，則需要校正傾斜。在這種情況下，可通過(guò)根據(jù)由三個(gè)以上聚焦傳感器測(cè)量的焦點(diǎn)位置計(jì)算樣本225的傾斜并且通過(guò)樣本臺(tái)210對(duì)傾斜進(jìn)行校正來(lái)取得樣本的對(duì)焦整體圖像，其中，三個(gè)以上聚焦傳感器以不在一直線上對(duì)齊的方式被布置在攝像元件單元400 中。
[0074]將按照?qǐng)D16所示的聚焦過(guò)程介紹在這種情況下采用的聚焦方法。這里，跳過(guò)對(duì)于與第一實(shí)施例的攝像過(guò)程中那些步驟相同的步驟的介紹，僅僅介紹用于對(duì)樣本225進(jìn)行聚焦的步驟。
[0075]三個(gè)基準(zhǔn)點(diǎn)中的一個(gè)用作作為整個(gè)樣本的焦點(diǎn)位置的基準(zhǔn)的照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP。，其他基準(zhǔn)點(diǎn)用作傾斜檢測(cè)點(diǎn)TP (圖15A)。首先，在Z方向上驅(qū)動(dòng)樣本臺(tái)210，并通過(guò)聚焦傳感器440來(lái)獲取照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl和傾斜檢測(cè)點(diǎn)TP處的焦點(diǎn)位置(步驟201)。
[0076]接著，計(jì)算當(dāng)確定照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處的焦點(diǎn)位置時(shí)在照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)Bh處的焦點(diǎn)位置與在傾斜檢測(cè)點(diǎn)TP處的焦點(diǎn)位置(Z方向)之間的差異(步驟202)。
[0077]接著，根據(jù)事先由測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20測(cè)量的表面形狀計(jì)算照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPc^P傾斜檢測(cè)點(diǎn)TP處的焦點(diǎn)位置(Z方向)之間的差異(步驟203)。
[0078]比較步驟202和步驟203之間的焦點(diǎn)位置差異(步驟204)。當(dāng)比較結(jié)果在預(yù)定范圍內(nèi)時(shí)，不通過(guò)樣本臺(tái)210進(jìn)行傾斜校正，并完成聚焦。當(dāng)比較結(jié)果在預(yù)定范圍外時(shí)，計(jì)算傾斜量(步驟205)。
[0079]根據(jù)在步驟205中計(jì)算的傾斜量來(lái)驅(qū)動(dòng)樣本臺(tái)210以便對(duì)傾斜進(jìn)行校正，使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl和傾斜檢測(cè)點(diǎn)T`P之間的焦點(diǎn)位置(Z方向)差異落在預(yù)定范圍內(nèi)(步驟206)。
[0080]通過(guò)上面介紹的步驟，測(cè)量樣本225的表面形狀，調(diào)節(jié)照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處的焦點(diǎn)位置，根據(jù)表面形狀(波動(dòng))計(jì)算散焦量，并通過(guò)驅(qū)動(dòng)樣本部200來(lái)校正傾斜，因此能夠取得樣本的對(duì)焦整體圖像。當(dāng)傾斜較大時(shí)，過(guò)程可從步驟206返回到步驟201，并可重復(fù)相同的步驟。
[0081]這允許更為準(zhǔn)確的聚焦。
[0082]第三實(shí)施例
[0083]在第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中,攝像光學(xué)系統(tǒng)和測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的光軸不同。例如，如圖17所示，攝像光學(xué)系統(tǒng)的光軸可用半反射鏡或類似物分割，且光學(xué)系統(tǒng)的光軸可部分地彼此一致。在這種情況下，用來(lái)自測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)中的光源520的光照亮樣本225，且樣本225的圖像被照相機(jī)540攝取。同樣，樣本225的表面形狀用照相機(jī)550測(cè)量。
[0084]這種情況下采用的聚焦方法將按照?qǐng)D18所示聚焦過(guò)程來(lái)介紹。首先，樣本臺(tái)210被放置在將用主攝像系統(tǒng)10測(cè)量的位置處(步驟301)，并且，用測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20測(cè)量放置在樣本臺(tái)210上的樣本225的尺寸、攝像區(qū)域400a、照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl以及表面形狀(步驟 302)。
[0085]接著，在XY平面上驅(qū)動(dòng)樣本臺(tái)210以調(diào)節(jié)樣本225的攝像區(qū)域，使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl和聚焦傳感器(主基準(zhǔn)點(diǎn))相對(duì)于攝像光學(xué)系統(tǒng)300具有共軛位置關(guān)系(步驟303)。
[0086]然后，在Z方向上驅(qū)動(dòng)樣本臺(tái)210的同時(shí)用聚焦傳感器尋找照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPq處的焦點(diǎn)位置(步驟304)。此時(shí)，樣本225被放置為使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl和聚焦傳感器相對(duì)于攝像光學(xué)系統(tǒng)300具有共軛位置關(guān)系。
[0087]如第一實(shí)施例的步驟105中所描述的，在照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處取得聚焦之后，在主基準(zhǔn)點(diǎn)和用作表面形狀數(shù)據(jù)基準(zhǔn)點(diǎn)的傳感器樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BP1對(duì)準(zhǔn)的同時(shí)，將由測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20取得的表面形狀數(shù)據(jù)應(yīng)用到整個(gè)樣本(步驟305)。
[0088]為了對(duì)整個(gè)樣本聚焦，改變樣本臺(tái)與攝像元件之間的相對(duì)位置，使得樣本臺(tái)和攝像元件具有共軛位置關(guān)系(步驟306)。
[0089]在步驟304到306中，類似于第二實(shí)施例，可用多個(gè)聚焦傳感器進(jìn)行傾斜檢測(cè)操作。
[0090]上面的方法允許以短的時(shí)間準(zhǔn)確地形成樣本的整體圖像。
[0091]第四實(shí)施例
[0092]在第一到第三實(shí)施例中，用夏克哈特曼波前傳感器測(cè)量樣本的表面形狀，在主攝像系統(tǒng)中的基準(zhǔn)點(diǎn)處調(diào)節(jié)聚焦，并基于測(cè)量得到的表面形狀間接確定整個(gè)樣本的焦點(diǎn)位置。
[0093]如圖19所示，多個(gè)聚焦傳感器440可被設(shè)置在攝像元件單元400中的攝像元件430之間，并可僅用聚焦傳感器440測(cè)量焦點(diǎn)位置。這種情況下采用的聚焦方法將參照示出整體構(gòu)造圖的圖20和示出聚焦過(guò)程的圖21來(lái)介紹。
[0094]首先，將樣本臺(tái)210放置在將要用主攝像系統(tǒng)10測(cè)量的位置處(步驟401)，并用測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)20測(cè)量樣本225的尺寸、攝像區(qū)域400a、照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl以及表面形狀(步驟402)。
[0095]接著，在Z方向上驅(qū)動(dòng)樣本臺(tái)210以便調(diào)節(jié)攝像區(qū)域，使得照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPq和聚焦傳感器440 (主基準(zhǔn)點(diǎn))相對(duì)于攝像光學(xué)系統(tǒng)300具有共軛位置關(guān)系(步驟403)。
[0096]然后，在攝像光學(xué)系統(tǒng)300的Z方向上驅(qū)動(dòng)樣本臺(tái)210的同時(shí)尋找照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl處的樣本225的焦點(diǎn)位置，且焦點(diǎn)位置還用放置在不與照相機(jī)樣本基準(zhǔn)點(diǎn)BPtl共軛的位置處的聚焦傳感器440來(lái)測(cè)量(步驟404)。
[0097]然后，可根據(jù)在多個(gè)點(diǎn)處測(cè)量的焦點(diǎn)位置計(jì)算包括不設(shè)置聚焦傳感器440的部分在內(nèi)的整個(gè)表面的焦點(diǎn)位置(步驟405)。
[0098]為了將計(jì)算得到的焦點(diǎn)位置應(yīng)用到整個(gè)表面的焦點(diǎn)位置，改變樣本與攝像元件之間的相對(duì)位置，使得樣本與攝像元件具有共軛位置關(guān)系(步驟406)。
[0099]在步驟404中，為了準(zhǔn)確找到焦點(diǎn)位置，可通過(guò)在樣本臺(tái)210在XY平面內(nèi)受到驅(qū)動(dòng)時(shí)用聚焦傳感器計(jì)算焦點(diǎn)位置以增大焦點(diǎn)位置測(cè)量點(diǎn)的數(shù)量，增大對(duì)整個(gè)表面聚焦的精度。
[0100]在上面介紹的實(shí)施例中，本發(fā)明的攝像裝置被應(yīng)用到顯微鏡。盡管在實(shí)施例中采用將施加到樣本的光的透過(guò)光聚焦到像面上的透過(guò)型光學(xué)系統(tǒng)，然而可采用落射型照明(ep1-1Ilumination)光學(xué)系統(tǒng)。
[0101]盡管已經(jīng)介紹了某些實(shí)施例，然而通過(guò)在如第一實(shí)施例和第二實(shí)施例中的測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)和主攝像系統(tǒng)中并行(同時(shí))地進(jìn)行操作，可在短時(shí)間內(nèi)攝取多個(gè)樣本的圖像。也就是說(shuō)，測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)測(cè)量第一樣本的表面形狀，同時(shí)，主攝像系統(tǒng)攝取第二樣本的圖像。
[0102]當(dāng)攝像裝置攝取少量樣本的圖像時(shí)，通過(guò)如第三實(shí)施例和第四實(shí)施例中那樣將主攝像系統(tǒng)和測(cè)量光學(xué)系統(tǒng)的光軸部分地對(duì)準(zhǔn)來(lái)使其緊湊化。
[0103]盡管已經(jīng)參照示例性實(shí)施例介紹了本發(fā)明，但應(yīng)理解，本發(fā)明不限于所公開(kāi)的示例性實(shí)施例。所附權(quán)利要求的范圍將與最寬廣的解釋一致，以便涵蓋所有這些修改和等同結(jié)構(gòu)以及功能。
[0104]本申請(qǐng)要求2011年7月25日提交的日本專利申請(qǐng)N0.2011-162157的權(quán)益，其整體通過(guò)引用結(jié)合于此。
【權(quán)利要求】
1.一種攝像裝置，包括: 測(cè)量部，被配置為測(cè)量對(duì)象物的表面形狀； 攝像部，被配置為取得由多個(gè)攝像元件在攝像光學(xué)系統(tǒng)的像面上形成的對(duì)象物的不同區(qū)域的圖像； 焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元，被配置為檢測(cè)對(duì)象物的焦點(diǎn)位置，在所述焦點(diǎn)位置處，對(duì)象物的焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)被聚焦在所述像面上；以及 焦點(diǎn)位置確定單元，被配置為基于焦點(diǎn)位置檢測(cè)單元的檢測(cè)結(jié)果和測(cè)量部的測(cè)量結(jié)果來(lái)確定在與對(duì)象物的焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)不同的點(diǎn)處的對(duì)象物的焦點(diǎn)位置， 其中，攝像部基于焦點(diǎn)位置確定單元的確定結(jié)果、在圖像被聚焦在所述多個(gè)攝像元件上的狀態(tài)下攝取對(duì)象物的不同區(qū)域的圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置， 其中，測(cè)量部獲取與對(duì)象物的表面上的多個(gè)不同點(diǎn)處的在與攝像光學(xué)系統(tǒng)的光軸正交的方向上的位置以及在所述光軸的方向上的位置有關(guān)的信息，且 其中，焦點(diǎn)位置確定單元通過(guò)參考焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)處的焦點(diǎn)位置對(duì)所述信息進(jìn)行校正來(lái)確定在與焦點(diǎn)位置檢測(cè)點(diǎn)不同的點(diǎn)處的對(duì)象物的焦點(diǎn)位置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中，并行進(jìn)行測(cè)量部中的對(duì)于用作對(duì)象物的第一樣本的表面形狀測(cè)量以及攝像部中的對(duì)于與第一樣本不同的第二樣本的攝像。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的攝像裝置，其中，測(cè)量部用夏克哈特曼波前傳感器測(cè)量對(duì)象物的表面形狀。
【文檔編號(hào)】G02B7/28GK103688205SQ201280036063
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年7月10日 優(yōu)先權(quán)日:2011年7月25日
【發(fā)明者】川上智朗, 梶山和彥, 辻俊彥, 鈴木雅之 申請(qǐng)人:佳能株式會(huì)社