圖像取得裝置以及圖像取得裝置的聚焦方法
【技術領域】
[0001 ] 本發明涉及圖像取得裝置以及圖像取得裝置的聚焦方法。
【背景技術】
[0002]作為現有的圖像取得裝置例如有專利文獻I所記載的裝置。在該裝置中，用半棱鏡分割來自被檢測物的光并用由CCD區域圖像傳感器等二維攝像元件構成的光電轉換元件來進行受光。光電轉換元件的控制電路具有任意設定二維掃描受光面的2個掃描區域為可能的掃描區域設定部。于是，根據在被掃描區域設定部設定的2個掃描區域進行受光的光的聚焦誤差信號進行聚焦控制。
[0003]現有技術文獻
[0004]專利文獻
[0005]專利文獻1:日本專利申請公開平8-320430號公報
【發明內容】
[0006]發明所要解決的課題
[0007]在以上所述的現有裝置中，使用半棱鏡來分割來自被檢測物的光。為此，在光電轉換元件上的光量難以確保并且會有試樣的焦點位置的檢測精度發生降低的擔憂。另外，如果使焦點位置的檢測用光的光量增大，則會有變得被檢測物的攝像用光的光量減少并且攝像的時候的光量的確保變得困難的擔憂。
[0008]本發明就是為了解決以上所述的技術問題而做出的不懈努力之結果，其目的在于提供一種能夠確保攝像的時候的光量并且能夠高精度地檢測試樣的焦點位置的圖像取得裝置以及圖像取得裝置的聚焦方法。
[0009]解決課題的手段
[0010]為了解決上述技術問題，本發明所涉及的圖像取得裝置的特征在于:具備:工作臺，載置試樣；光源，朝著試樣照射光；導光光學系統，包含以與工作臺上的試樣相對的形式被配置的物鏡、將試樣的光學圖像分支成圖像取得用的第I光路以及焦點控制用的第2光路的光分支構件；視野驅動構件，使相對于試樣的物鏡的視野位置移動；第I攝像構件，取得由被分支成第I光路的第I光學圖像構成的第I圖像；第2攝像構件，取得由被分支成第2光路的第2光學圖像構成的第2圖像；對準焦點計算構件，解析第2圖像并根據其解析結果計算出試樣的對準焦點信息；動作控制構件，控制視野驅動構件以及第2攝像構件的動作；光程差生成構件，被配置于第2光路并沿著第2攝像構件的攝像面的面內方向使光程差產生于第2光學圖像；第2攝像構件具有多列像素列并具有能夠滾動讀出的二維攝像元件，動作控制構件以試樣上的規定部位的光學圖像在二維攝像元件的各個像素列上被曝光的形式使根據視野驅動構件的在物鏡的視野內的試樣的規定部位的移動與二維攝像元件的滾動讀出同步。
[0011]在該圖像取得裝置中，由光程差生成構件的配置而不用進行在焦點控制用第2光路上的光的分支就能夠形成第2光學圖像的光程長差。因此，為了獲得焦點位置的信息而到達必要的第2光路的光量被抑制并且能夠確保以第I攝像構件進行攝像的時候的光量。另外，在該圖像取得裝置中，利用滾動讀出中的在各個像素列上的圖像數據的讀出時機的延遲，并且以試樣上的規定部位(同一部位)的光學圖像在第2攝像構件的各個像素列上被曝光的形式使在物鏡的視野內的試樣的規定部位的移動與滾動讀出同步。通過光程差生成構件被配置于第2光路，從而變得在來自各個像素列的圖像數據中包含與在試樣的同一部位上變更物鏡的焦點位置的時候相等價的對比度信息，并且根據該信息能夠迅速而且高精度地計算出對準焦點信息。
[0012]另外，光程差生成構件優選具有相對于垂直于第2光路的光軸的面傾斜的平面。由此，就能夠合適形成取決于光程差生成構件的第2光學圖像的光程差。
[0013]另外，優選地，對準焦點計算構件根據二維攝像元件的各個像素列中至少在2個像素列上被讀出的圖像數據的對比度值的差分計算出試樣的對準焦點信息。在此情況下，在第2攝像構件中分別取得在較入射到第I攝像構件的光學圖像之前焦點對準好的光學圖像(前焦點)和在之后焦點對準好的光學圖像(后焦點)。通過使用這些圖像數據的對比度值的差分從而就能夠高精度地計算出試樣的對準焦點信息。
[0014]另外，優選對準焦點計算構件根據在二維攝像元件的各個像素列上被讀出的圖像數據的對比度值的分布來計算出試樣的對準焦點信息。在此情況下，根據圖像數據的對比度值的分布就能夠高精度地計算出試樣的對準焦點信息。
[0015]另外，本發明所涉及的圖像取得裝置的聚焦方法的特征在于:是一種具備了以下所述各個構件的圖像取得裝置的聚焦方法，所述各個構件分別為:工作臺，載置試樣；光源，朝著試樣照射光；導光光學系統，包含以與工作臺上的試樣相對的形式被配置的物鏡、將試樣的光學圖像分支成圖像取得用的第I光路以及焦點控制用的第2光路的光分支構件；視野驅動構件，使相對于試樣的物鏡的視野位置移動；第I攝像構件，取得由被分支成第I光路的第I光學圖像構成的第I圖像；第2攝像構件，取得由被分支成第2光路的第2光學圖像構成的第2圖像；對準焦點計算構件，解析第2圖像并根據其解析結果計算出試樣的對準焦點信息；動作控制構件，控制視野驅動構件以及第2攝像構件的動作；將沿著第2攝像構件的攝像面的面內方向使光程差產生于第2光學圖像的光程差生成構件配置于第2光路上，作為第2攝像構件使用具有多列像素列并能夠滾動讀出的二維攝像元件，由動作控制構件并以試樣上的規定部位的光學圖像在二維攝像元件的各個像素列上被曝光的形式使根據視野驅動構件的在物鏡的視野內的試樣的規定部位的移動與二維攝像元件的滾動讀出同步。
[0016]在該圖像取得裝置的聚焦方法中，由光程差生成構件的配置而不用進行在焦點控制用第2光路上的光的分支就能夠形成第2光學圖像的光程長差。因此，為了獲得焦點位置的信息而達到必須的第2光路的光量被抑制并且能夠確保以第I攝像構件進行攝像的時候的光量。另外，在該圖像取得裝置的聚焦方法中，利用滾動讀出中的在各個像素列上的圖像數據的讀出時機的延遲，并且以試樣上的規定部位(同一部位)的光學圖像在第2攝像構件的各個像素列上被曝光的形式使在物鏡的視野內的試樣規定部位的移動與滾動讀出相同步。通過光程差生成構件被配置于第2光路，從而變得在來自各個像素列的圖像數據中包含與在試樣的同一部位上變更物鏡的焦點位置的時候相等價的對比度信息，并且根據該信息能夠迅速而且高精度地計算出對準焦點信息。
[0017]發明效果
[0018]根據本發明就能夠確保攝像的時候的光量，并且能夠高精度地檢測試樣的焦點位置。
【附圖說明】
[0019]圖1是表示構成本發明所涉及的圖像取得裝置的宏觀圖像取得裝置的一個實施方式的示意圖。
[0020]圖2是表示構成本發明所涉及的圖像取得裝置的微觀圖像取得裝置的一個實施方式的示意圖。
[0021]圖3是表示第2攝像裝置的一個例子的示意圖。
[0022]圖4是表示光程差生成構件以及第2攝像裝置的組合的一個例子的示意圖。
[0023]圖5是表示圖像取得裝置的功能的構成要素的方塊圖。
[0024]圖6是表示相對于試樣的物鏡的視野掃描的一個例子的示意圖。
[0025]圖7是表示在物鏡的視野內的試樣的規定部位的移動與第2攝像裝置的滾動讀出的同步情況的示意圖，圖7(a)是表示物鏡的視野與分割區域的位置關系，圖7(b)是表示相對于各個像素列的試樣的規定部位和攝像元件的曝光以及讀出的時機。
[0026]圖8是表不圖7的后續狀態的不意圖。
[0027]圖9是表不圖8的后續狀態的不意圖。
[0028]圖10是表示到達試樣表面的距離與物鏡焦點距離大致相一致的情況下的對比度值的解析結果的示意圖。
[0029]圖11是表示到達試樣表面的距離大于物鏡焦距的情況下的對比度值的解析結果的示意圖。
[0030]圖12是表示到達試樣表面的距離小于物鏡焦距的情況下的對比度值的解析結果的示意圖
[0031]圖13是表示由對準焦點計算部進行處理的對比度信息的一個例子的示意圖。
[0032]圖14是表示圖1以及圖2所表示的圖像取得裝置的聚焦動作的流程圖。
[0033]圖15是表示光程差生成構件的變形例的示意圖。
[0034]圖16是表示光程差生成構件的另一個變形例的示意圖。
[0035]圖17是表示光程差生成構件的更另一個變形例的示意圖。
【具體實施方式】
[0036]以下是參照附圖并就本發明所涉及的圖像取得裝置以及圖像取得裝置的聚焦方法的優選的實施方式進行詳細說明。
[0037]圖1是表示構成本發明所涉及的圖像取得裝置的宏觀圖像取得裝置的一個實施方式的示意圖。另外，圖2是表示構成本發明所涉及的圖像取得裝置的微觀圖像取得裝置的一個實施方式的示意圖。如圖1以及圖2所示，圖像取得裝置M是由取得試樣S的宏觀圖像的宏觀圖像取得裝置Ml、取得試樣S的微觀圖像的微觀圖像取得裝置M2所構成。圖像取得裝置M是一種通過相對于由宏觀圖像取得裝置Ml取得到的宏觀圖像設定例如線狀的多個分割區域40(參照圖6)并且用微觀圖像取得裝置M2來以高倍率取得合成各個分割區域40從而生成數字圖像即虛擬幻燈片圖像的裝置。
[0038]宏觀圖像取得裝置Ml如圖1所示具備載置試樣S的工作臺I。工作臺I是一種例如由步進馬達(脈沖馬達)或者壓電致動器(piezo actuator)等馬達或致動器在水平方向上進行驅動的XY工作臺。用圖像取得裝置M來進行觀察的試樣S是例如細胞等生物體試樣，以被密封于載片(slide glass)的狀態被載置于工作臺I上。通過在XY面內驅動該工作臺I從而就能夠使相對于試樣S的攝像位置移動。
[0039]工作臺I變得能夠在宏觀圖像取得裝置Ml與微觀圖像取