圖像取得裝置以及圖像取得裝置的聚焦方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及被用于試樣等的圖像取得的圖像取得裝置以及其聚焦(focus)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]作為圖像取得裝置，例如存在在預(yù)先將試樣的攝像區(qū)域分割成多個(gè)區(qū)域并以高倍率對(duì)各個(gè)分割區(qū)域進(jìn)行攝像之后將它們合成的虛擬(virtual)顯微鏡裝置。在這樣的虛擬顯微鏡中的圖像取得中，一直以來，作為在取得生物樣品等的試樣的圖像的時(shí)候的攝像條件，設(shè)定將試樣的全部區(qū)域作為對(duì)象的焦點(diǎn)圖(focus map)，進(jìn)行基于焦點(diǎn)圖的焦點(diǎn)控制并進(jìn)行試樣的圖像取得。
[0003]對(duì)于焦點(diǎn)圖的制作來說，首先，使用具備宏觀光學(xué)系統(tǒng)(Macro optical system)的圖像取得裝置，將試樣全體作為宏觀圖像來進(jìn)行取得。接著，使用所取得的宏觀圖像，設(shè)定試樣的攝像范圍并且將攝像范圍分割成多個(gè)分割區(qū)域，相對(duì)于各個(gè)分割區(qū)域設(shè)定焦點(diǎn)取得位置。在焦點(diǎn)取得位置的設(shè)定之后，將試樣移至具備微觀光學(xué)系統(tǒng)的圖像取得裝置，取得在被設(shè)定的焦點(diǎn)取得位置上的焦點(diǎn)位置并根據(jù)這些焦點(diǎn)位置制作焦點(diǎn)圖。
[0004]然而，在制作這樣的焦點(diǎn)圖的時(shí)候，存在處理需要時(shí)間等的問題。另外，如果抑制所取得的焦點(diǎn)的間隔或數(shù)目的話則處理所需要的時(shí)間被縮短，但是在該情況下會(huì)有聚焦精度降低等的問題。因此，取得焦點(diǎn)位置并取得試樣的高倍率圖像的動(dòng)態(tài)聚焦的開發(fā)正在進(jìn)行。該方式是根據(jù)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了入射到圖像取得用的攝像裝置的光學(xué)圖像之前的光學(xué)圖像(前針)與焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了入射到圖像取得用的攝像裝置的光學(xué)圖像之后的光學(xué)圖像(后針)的光強(qiáng)度差或者對(duì)比度差，檢測(cè)相對(duì)于當(dāng)前的物鏡的高度的焦點(diǎn)位置的偏移方向，并在取消偏移的方向上使物鏡移動(dòng)而取得圖像的方式。
[0005]例如，在專利文獻(xiàn)I所記載的顯微鏡系統(tǒng)中，設(shè)置有:第2攝像單元，對(duì)較第I攝像單元所攝像的區(qū)域更靠近跟前的區(qū)域進(jìn)行攝像；自動(dòng)對(duì)焦控制單元，根據(jù)由第2攝像單元進(jìn)行攝像的圖像，調(diào)整第I攝像單元的攝像位置上的物鏡的對(duì)焦位置；時(shí)機(jī)控制構(gòu)件，使分割區(qū)域?qū)?yīng)于分割區(qū)域之間的距離和試樣的移動(dòng)速度而從第2攝像單元的攝像位置移動(dòng)到第I攝像單元的攝像位置的時(shí)機(jī)與使由第2攝像單元進(jìn)行攝像的分割區(qū)域的成像位置位于第I攝像單元的攝像面的時(shí)機(jī)相一致。另外，例如，在專利文獻(xiàn)2、3所記載的顯微鏡裝置中，使用玻璃構(gòu)件來形成在焦點(diǎn)控制用的導(dǎo)光光學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的光路長差。
[0006]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn)
[0007]專利文獻(xiàn)
[0008]專利文獻(xiàn)1:日本專利申請(qǐng)公開2011-081211號(hào)公報(bào)
[0009]專利文獻(xiàn)2:再公表專利W02005/114287號(hào)公報(bào)
[0010]專利文獻(xiàn)3:再公表專利W02005/114293號(hào)公報(bào)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]發(fā)明所要解決的課題
[0012]在上述的專利文獻(xiàn)I所記載的顯微鏡系統(tǒng)中，通過使用半反半透鏡以及鏡從而形成光程差光學(xué)系統(tǒng)，相對(duì)于第2攝像單元的2個(gè)攝像區(qū)域分別使光路長不同的光入射。在該現(xiàn)有的顯微鏡系統(tǒng)中，例如由線傳感器來構(gòu)成第I攝像單元以及第2攝像單元。相對(duì)于因?yàn)榫€傳感器中曝光時(shí)間短所以為了取得鮮明的圖像而使光量的確保成為重要，在該現(xiàn)有的顯微鏡系統(tǒng)中，因?yàn)橛晒獬滩罟鈱W(xué)系統(tǒng)使光分支所以會(huì)有光量的確保變得困難等的問題。
[0013]另外，在該現(xiàn)有的顯微鏡系統(tǒng)中，通過使光路分支單元的光學(xué)面傾斜，從而由第2攝像單元進(jìn)行攝像的區(qū)域以相對(duì)于由第I攝像單元攝像的區(qū)域成為試樣的掃描方向的跟前側(cè)的方式進(jìn)行調(diào)整，并且進(jìn)行焦點(diǎn)位置的偏移方向的先行取得。然而，在這樣的結(jié)構(gòu)中，存在光學(xué)面難以調(diào)整等的問題。再有，因?yàn)橛砂敕窗胪哥R以及鏡來構(gòu)成光程差光學(xué)系統(tǒng)，所以還會(huì)有經(jīng)光程差光學(xué)系統(tǒng)的光難以納入第2攝像單元的攝像面等的問題。
[0014]本發(fā)明是為了解決上述課題而做出的發(fā)明，其目的在于，提供一種能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)先行取得焦點(diǎn)位置的偏移方向，并且能夠高精度地檢測(cè)試樣的焦點(diǎn)位置的圖像取得裝置以及其聚焦方法。
[0015]解決課題的技術(shù)手段
[0016]為了解決上述課題，本發(fā)明所涉及的圖像取得裝置，其特征在于，具備:工作臺(tái)，載置試樣；工作臺(tái)控制單元，以規(guī)定的速度掃描工作臺(tái)；光源，朝著試樣照射光；導(dǎo)光光學(xué)系統(tǒng)，包含將試樣的光學(xué)圖像向圖像取得用的第I光路以及焦點(diǎn)控制用的第2光路分支的光分支單元；第I攝像單元，取得由向第I光路分支的第I光學(xué)圖像形成的第I圖像；第2攝像單元，能夠取得由向第2光路分支的第2光學(xué)圖像形成的第2圖像的二維圖像；焦點(diǎn)控制單元，解析第2圖像并根據(jù)該解析結(jié)果控制由第I攝像單元進(jìn)行的攝像的焦點(diǎn)位置；區(qū)域控制單元，在第2攝像單元的攝像面上設(shè)定取得第2光學(xué)圖像的一部分圖像的第I攝像區(qū)域以及第2攝像區(qū)域；光程差生成構(gòu)件，被配置于第2光路并沿著攝像面的面內(nèi)方向使光程差產(chǎn)生于第2光學(xué)圖像；區(qū)域控制單元以相對(duì)于與入射到第I攝像單元的第I光學(xué)圖像相共軛的光學(xué)圖像所入射的區(qū)域位于攝像面上的試樣的掃描方向的跟前側(cè)的方式設(shè)定第I攝像區(qū)域的位置以及第2攝像區(qū)域的位置。
[0017]在該圖像取得裝置中，通過在第2光路上配置光程差生成構(gòu)件從而能夠在第2攝像單元的第I攝像區(qū)域以及第2攝像區(qū)域分別對(duì)焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了入射到第I攝像單元的光學(xué)圖像之前的光學(xué)圖像(前針)和焦點(diǎn)對(duì)準(zhǔn)了入射到第I攝像單元的光學(xué)圖像之后的光學(xué)圖像(后針)進(jìn)行攝像。在該圖像取得裝置中，因?yàn)椴贿M(jìn)行焦點(diǎn)控制用的第2光路上的光的分支而能夠形成光路長差，所以抑制了為了獲得焦點(diǎn)位置的信息而必要的向第2光路的光量，從而能夠確保在由第I攝像單元進(jìn)行攝像的時(shí)候的光量。另外，在該圖像取得裝置中，通過相對(duì)于與入射到第I攝像單元的第I光學(xué)圖像相共軛的光學(xué)圖像所入射的區(qū)域使第2攝像單元的攝像面上的第I攝像區(qū)域的位置和第2攝像區(qū)域的位置位于攝像面上的試樣的掃描方向的跟前側(cè)，從而能夠以簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)先行取得焦點(diǎn)位置的偏移方向。
[0018]另外，優(yōu)選光程差生成構(gòu)件是以重疊于攝像面的至少一部分的方式配置的平板構(gòu)件，區(qū)域控制單元以避開由平板構(gòu)件的邊緣部分形成的第2光學(xué)圖像的影子的方式分別將第I攝像區(qū)域和第2攝像區(qū)域設(shè)定于重疊于平板構(gòu)件的區(qū)域和不重疊于平板構(gòu)件的區(qū)域。在此情況下，通過使用平板構(gòu)件從而光程差生成構(gòu)件的構(gòu)成能夠簡(jiǎn)單化。另外，平板構(gòu)件的邊緣部分因?yàn)樾纬傻?攝像裝置的攝像面上的第2光學(xué)圖像的影子所以通過避開影子來設(shè)定第I攝像區(qū)域和第2攝像區(qū)域，從而能夠保證焦點(diǎn)位置的控制精度。
[0019]另外，優(yōu)選光程差生成構(gòu)件為具有厚度沿著攝像面的面內(nèi)方向連續(xù)地變化的部分的構(gòu)件，區(qū)域控制單元以重疊于光程差生成構(gòu)件的厚度不同的部分的方式設(shè)定第I攝像區(qū)域和第2攝像區(qū)域。在此情況下，通過調(diào)整第I攝像區(qū)域的位置和第2攝像區(qū)域的位置，從而能夠自如地調(diào)整前針和后針之間的間隔。由此，可以高精度地檢測(cè)試樣的焦點(diǎn)位置。
[0020]另外，優(yōu)選具備與試樣相對(duì)峙的物鏡、以及根據(jù)由焦點(diǎn)控制單元進(jìn)行的控制相對(duì)地控制相對(duì)于試樣的所述物鏡的位置的物鏡控制單元，物鏡控制單元在由焦點(diǎn)控制單元進(jìn)行的焦點(diǎn)位置的解析執(zhí)行中不進(jìn)行物鏡的驅(qū)動(dòng)，在由焦點(diǎn)控制單元進(jìn)行的焦點(diǎn)位置的解析非執(zhí)行中使物鏡相對(duì)于試樣在一個(gè)方向上移動(dòng)。在此情況下，通過在焦點(diǎn)位置的解析中不使物鏡與試樣之間的位置關(guān)系發(fā)生變化，從而能夠保證焦點(diǎn)位置的解析精度。
[0021]另外，區(qū)域控制單元優(yōu)選以與入射到第I攝像裝置的第I光學(xué)圖像相共軛的光學(xué)圖像所入射的區(qū)域和第I攝像區(qū)域之間的間隔、和與入射到第I攝像裝置上的第I光學(xué)圖像相共軛的光學(xué)圖像所入射的區(qū)域與第2攝像區(qū)域之間的間隔不同的方式設(shè)定第I攝像區(qū)域的位置和第2攝像區(qū)域的位置。由此，能夠充分地確保第I攝像區(qū)域以及第2攝像區(qū)域中的曝光時(shí)間。
[0022]另外，區(qū)域控制單元優(yōu)選根據(jù)工作臺(tái)的掃描速度和第I攝像區(qū)域與第2攝像區(qū)域之間的間隔設(shè)定從第I攝像區(qū)域中的攝像到第2攝像區(qū)域中的攝像的等待時(shí)間。由此，因?yàn)閬碜栽嚇拥南嗤恢玫墓馊肷涞降贗攝像區(qū)域和第2攝像區(qū)域，所以能夠高精度地實(shí)施焦點(diǎn)位置的控制。
[0023]另外，本發(fā)明所涉及的圖像取得裝置的聚焦方法，其特征在于，所述圖像取得裝置具備:工作臺(tái)，載置試樣；工作臺(tái)控制單元，以規(guī)定的速度掃描工作臺(tái)；光源，朝著試樣照射光；導(dǎo)光光學(xué)系統(tǒng)，包含將試樣的光學(xué)圖像向圖像取得用的第I光路以及焦點(diǎn)控制用的第2光路分支的光分支單元；第I攝像單元，取得由向第I光路分支的第I光學(xué)圖像形成的第I圖像；第2攝像單元，能夠取得由向第2光路分支的第2光學(xué)圖像形成的第2圖像的二維圖像；焦點(diǎn)控制單元，解析第2圖像并根據(jù)該解析結(jié)果控制由第I攝像單元進(jìn)行的攝像的焦點(diǎn)位置；在第2攝像單元的攝像面上設(shè)定取得第2光學(xué)圖像的一部分圖像的第I攝像區(qū)域以及第2攝像區(qū)域，將沿著攝像面的面內(nèi)方向使光程差產(chǎn)生于第2光學(xué)圖像的光程差生成構(gòu)件配置于第2光路，由區(qū)域控制單元以相對(duì)于與入射到第I攝像單元的第I光學(xué)圖像相共軛的光學(xué)圖像所入射的區(qū)域位于攝像面上的試樣的掃描方向的跟前側(cè)的方式設(shè)定第I攝像區(qū)域的位置以及第2攝像區(qū)域的位置。
[0024]在該圖像取得裝置的聚焦方法中，通過將光程差生成構(gòu)件配置于第2光路從而能夠在第2攝像單元的第I攝像區(qū)域以及第2攝像區(qū)域分別