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)域分割成多個區(qū)域并以高倍率對各個分割區(qū)域進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候的攝像條件，設(shè)定將試樣的全部區(qū)域作為對象的焦點圖(focus map)，進行基于焦點圖的焦點控制并進行試樣的圖像取得。
[0003]對于焦點圖的制作來說，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分割區(qū)域，相對于各個分割區(qū)域設(shè)定焦點取得位置。在焦點取得位置的設(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)定的焦點取得位置上的焦點位置并根據(jù)這些焦點位置制作焦點圖。
[0004]然而，在制作這樣的焦點圖的時候，存在處理需要時間等的問題。另外，如果抑制所取得的焦點的間隔或數(shù)目的話則處理所需要的時間被縮短，但是在該情況下會有聚焦精度降低等的問題。因此，取得焦點位置并取得試樣的高倍率圖像的動態(tài)聚焦的開發(fā)正在進行。該方式是根據(jù)焦點對準(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)與焦點對準(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)的光強度差或者對比度差，檢測相對于當(dāng)前的物鏡的高度的焦點位置的偏移方向，并在取消偏移的方向上使物鏡移動而取得圖像的方式。
[0005]例如，在專利文獻I所記載的顯微鏡系統(tǒng)中，設(shè)置有:第2攝像單元，對較第I攝像單元所攝像的區(qū)域更靠近跟前的區(qū)域進行攝像；自動對焦控制單元，根據(jù)由第2攝像單元進行攝像的圖像，調(diào)整第I攝像單元的攝像位置上的物鏡的對焦位置；時機控制構(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速度而從第2攝像單元的攝像位置移動到第I攝像單元的攝像位置的時機與使由第2攝像單元進行攝像的分割區(qū)域的成像位置位于第I攝像單元的攝像面的時機相一致。另外，例如，在專利文獻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
[0007]專利文獻
[0008]專利文獻1:日本專利申請公開2011-081211號公報
[0009]專利文獻2:再公表專利W02005/114287號公報
[0010]專利文獻3:再公表專利W02005/114293號公報

【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)，相對于第2攝像單元的2個攝像區(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。相對于因為線傳感器中曝光時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，因為由光程差光學(xué)系統(tǒng)使光分支所以會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攝像單元進行攝像的區(qū)域以相對于由第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)的方式進行調(diào)整，并且進行焦點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，因為由半反半透鏡以及鏡來構(gòu)成光程差光學(xué)系統(tǒng)，所以還會有經(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，提供一種能夠以簡單的結(jié)構(gòu)先行取得焦點位置的偏移方向，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，載置試樣；工作臺控制單元，以規(guī)定的速度掃描工作臺；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攝像單元進行的攝像的焦點位置；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)域分別對焦點對準(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)和焦點對準(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)進行攝像。在該圖像取得裝置中，因為不進行焦點控制用的第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攝像單元進行攝像的時候的光量。另外，在該圖像取得裝置中，通過相對于與入射到第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)，從而能夠以簡單的結(jié)構(gòu)先行取得焦點位置的偏移方向。
[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)成能夠簡單化。另外，平板構(gòu)件的邊緣部分因為形成第2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，可以高精度地檢測試樣的焦點位置。
[0020]另外，優(yōu)選具備與試樣相對峙的物鏡、以及根據(jù)由焦點控制單元進行的控制相對地控制相對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控制單元進行的焦點位置的解析執(zhí)行中不進行物鏡的驅(qū)動，在由焦點控制單元進行的焦點位置的解析非執(zhí)行中使物鏡相對于試樣在一個方向上移動。在此情況下，通過在焦點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)域中的曝光時間。
[0022]另外，區(qū)域控制單元優(yōu)選根據(jù)工作臺的掃描速度和第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間。由此，因為來自試樣的相同位置的光入射到第I攝像區(qū)域和第2攝像區(qū)域，所以能夠高精度地實施焦點位置的控制。
[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，載置試樣；工作臺控制單元，以規(guī)定的速度掃描工作臺；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攝像單元進行的攝像的焦點位置；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