JP2014238466A - Image acquisition device and image acquisition method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は画像取得装置に関し、例えば、病理標本の画像データを取得する顕微鏡に好適である。 The present invention relates to an image acquisition device, and is suitable, for example, for a microscope that acquires image data of a pathological specimen.
病理学の分野等で、画像取得装置(顕微鏡)を用いて試料を含む被検物(プレパラート)を撮像することによりデジタル画像(バーチャルスライド画像)を取得し、そのデジタル画像を高解像度で表示装置に表示する画像取得システムが注目されている。 In the field of pathology and the like, a digital image (virtual slide image) is acquired by imaging a test object (preparation) including a sample using an image acquisition device (microscope), and the digital image is displayed at a high resolution. An image acquisition system to be displayed on the screen attracts attention.
特許文献1では、プレパラートの高解像度の画像を取得するために、高い解像力を持つ対物光学系を用いた顕微鏡が提案されている。また、特許文献2には、自動フォーカス調整を行う際に、標本の厚さに基づいてサーチ範囲を設定することにより、効率的にコントラスト値が最大となる位置を検出することができる顕微鏡が開示されている。
しかし、カバーグラスの厚さは、プレパラート毎に30um〜50um程度ばらつくことが知られている。よって、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合、その焦点深度が浅くなるため、プレパラート毎のカバーグラスの厚さのばらつきによるフォーカスずれを無視できなくなる。 However, it is known that the thickness of the cover glass varies by about 30 μm to 50 μm for each slide. Therefore, when an objective optical system having a high resolving power is used, the depth of focus becomes shallow, and thus a focus shift due to variations in the thickness of the cover glass for each preparation cannot be ignored.
特許文献1及び2に係る顕微鏡においては、カバーグラスの厚さのフォーカスへの影響を考慮していないため、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合に良好なデジタル画像を取得することが難しくなる。
In the microscopes according to
そこで、本発明は、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な被検物の画像を取得することができる画像取得装置及び画像取得方法を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an image acquisition apparatus and an image acquisition method that can acquire an image of a good test object with less blur even when an objective optical system having high resolution is used. .
上記目的を達成するための、本発明の一側面としての画像取得装置は、カバーグラスと該カバーグラスに接する試料とを含む被検物を保持して移動可能なステージと、前記被検物の像を形成する対物光学系と、該対物光学系を介して前記被検物を撮像する撮像素子と、を備えており、前記カバーグラスの厚さの計測値に基づいて、前記試料の表面が前記対物光学系の被写界深度内に入るように、前記ステージを制御する演算部を有することを特徴とする。 In order to achieve the above object, an image acquisition apparatus according to an aspect of the present invention includes a stage that can hold and move a test object including a cover glass and a sample in contact with the cover glass; An objective optical system that forms an image; and an imaging device that captures the test object via the objective optical system, and the surface of the sample is based on a measured value of the thickness of the cover glass. It has a calculating part which controls the stage so that it may be in the depth of field of the objective optical system.
本発明の更なる目的またはその他の特徴は、以下、添付の図面を参照して説明される好ましい実施形態によって明らかにされる。 Further objects and other features of the present invention will become apparent from the preferred embodiments described below with reference to the accompanying drawings.
本発明によれば、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な被検物の画像を取得することができる画像取得装置及び画像取得方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an image acquisition device and an image acquisition method that can acquire a good image of a test object with less blur even when an objective optical system having high resolution is used.
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、各図において、同一の部材については同一の参照番号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, in each figure, the same reference number is attached | subjected about the same member and the overlapping description is abbreviate | omitted.
[実施例1]
図1は、本実施例に係る画像取得装置1000の要部概略図である。画像取得装置1000は、撮像部1と、計測部2と、検出部3と、演算部4と、ステージ20とを備えている。撮像部1は、照明光学系10と、結像光学系40と反射ミラー70と再結像光学系60とを含む対物光学系400と、撮像素子50と、第1計測器100と、第2計測器601を有する。また、計測部2は、表面形状計測器90及び第3計測器901を有し、検出部3は、カメラ80及び撮像台82を有する。演算部4は、メモリ500に記憶されたプログラムに基づいて、後述する各データの取得や駆動指令値の演算、及びステージを20の制御などを行う。
[Example 1]
FIG. 1 is a schematic diagram of a main part of an
ステージ20は、観察対象の被検物としてのプレパラート30を保持して移動可能に構成されており、演算部4による駆動指令に応じて、撮像部1と計測部2との間を移動することができる。また、ステージ20は、プレパラート30のXY方向の位置を変更可能なXYステージ23と、プレパラート30のZ方向、θx方向、θy方向の位置を変更可能なZチルトステージ24とを含む。ここで、Z方向は結像光学系40の光軸方向、XY方向はその光軸に垂直な方向、θx方向はX軸周りの回転方向、θy方向はY軸周りの回転方向、に夫々相当する。ステージ20は、このXYステージ23及びZチルトステージ24によって、プレパラート30の位置や姿勢を調整可能となる。なお、ステージ20は、不図示の駆動機構を含んでおり、その駆動機構としては市販のゴニオステージなどの揺動機構や、回転ステージなどの回転機構を用いてもよい。
The stage 20 is configured to be movable while holding a
ステージ20において、プレパラート30を保持する手段としては、板バネ、真空吸着、静電吸着などが挙げられる。例えば板バネを用いる場合は、プレパラート30の非撮像領域をZ方向から押さえるか、あるいはプレパラート30の側面をXY方向から押さえる方法が考えられる。真空吸着または静電吸着を用いる場合は、プレパラート30の非撮像領域をプレパラート30の裏面から吸着する方法が考えられる。これらの保持手段により、撮像部1と計測部2との間を移動する際にも、ステージ20はプレパラート30の保持状態を一定に保つことができる。なお、XYステージ23及びZチルトステージ24には、撮像部1における照明光学系10からの光を通過させてプレパラート30を照明するための開口が設けられている。
Examples of means for holding the
本実施例では、図2に示すようなプレパラート30を観察対象の被検物としている。プレパラート30は、スライドグラス303上に配置された試料302(組織切片等の生体サンプルなど)が、カバーグラス301により密着固定され、接着剤304で密封された構成となっている。スライドグラス303上には、例えばスライドグラス303の識別番号やカバーグラス301の厚さなどの、プレパラート30(試料302)を管理するのに必要な情報が記録されたラベル333が貼付されていてもよい。
In the present embodiment, a
以下、図1に基づいて、画像取得装置1000においてプレパラート30の画像を取得する手順を説明する。
Hereinafter, a procedure for acquiring the image of the
まず、ストッカー200に格納されているプレパラート30を、不図示の搬送手段によって検出部3における撮像台82に搬送する。そして、検出部3では、カメラ80によりプレパラート30を撮像し、プレパラート30のうち試料が存在する領域(試料領域)を検出する。なお、カメラ80は、少なくともプレパラート30におけるカバーグラスの全域を撮像できるものとする。検出部3によれば、後述する計測部2での計測や撮像部1での画像取得に先立って、試料領域情報81を取得することができる。よって、試料が存在する領域のみを計測及び撮像の対象とすることができるので、画像取得装置1000での全体の処理を高速化することができる。
First, the
次に、移動手段250によって、プレパラート30を計測部2に位置するステージ20に載置する。計測部2では、表面形状計測器90によってプレパラート30の表面形状を計測する。具体的には、XYステージ23をXY方向に移動(スキャン駆動)しながら、表面形状計測器90によってプレパラート30におけるカバーグラス又は試料の表面のZ方向の位置(Z位置)を計測する。この計測値を演算部により演算することで、カバーグラス又は試料の全域の表面形状情報を取得することができる。
Next, the
なお、本実施例では、表面形状計測器90として距離センサを用いているが、例えば、カバーグラス又は試料の表面形状を一括して計測できるシャックハルトマンセンサ等を用いてもよい。この時、演算部4は、検出部3で取得した試料領域情報81に基づいて表面形状計測器90に対して計測指令を送ることにより、プレパラート30の試料領域の表面形状を効率的に計測することができる。
In this embodiment, a distance sensor is used as the surface
図1に示すように、計測部2は、表面形状計測器90に対するZチルトステージ24の位置や姿勢を計測するための、第3計測器901を備えている。本実施例においては、第3計測器901として3個の距離センサ901a〜901cを設けている(図1では、そのうちの2つのみを図示している)。距離センサ901a〜901cの夫々は、Zチルトステージ24の上面であるステージ基準面Aまでの距離を計測し、夫々の位置関係及び計測値よりステージ基準面Aの位置及び姿勢の情報を取得することができる。すなわち、表面形状計測器90による計測結果から、Zチルトステージ24の姿勢の影響を除去することにより、カバーグラス又は試料の正確な表面形状(表面形状情報91)を取得することができる。
As shown in FIG. 1, the measuring
次に、ステージ20により、表面形状計測が行われたプレパラート30を撮像部1における計測位置(第1計測器100の下)に移動し、カバーグラスの厚さ計測を行う。本実施例に係る第1計測器100は、結像光学系40と同一の構造体により支持されており、分光干渉方式を用いた計測を行うものである。具体的には、第1計測器100は、センサヘッド内部に参照反射面を有しており、被検物からの反射光と参照反射面からの反射光とを干渉させ、その干渉光を波長ごとに分光してセンサで検知する構成を採っている。この構成により、各波長の干渉光の強さに基づいて、被検物までの距離を計測することができる。この時、第1計測器100により、プレパラート30におけるカバーグラスの表面までの距離及び試料の表面までの距離の両方を計測することで、カバーグラスの厚さを計測することができる。
Next, the
その後、ステージ20により、プレパラート30を撮像部1における撮像位置(結像光学系40の下)に移動する。撮像部1では、照明光学系10によってプレパラート30を照明し、プレパラート30からの光束を結像光学系40によって反射ミラー70の近傍に集光している。さらに、反射ミラー70で反射された光束が再結像光学系60によって集光され、撮像素子50の撮像面上に試料の拡大像が形成される。この時、演算部4は、検出部3及び計測部2の夫々により取得した試料領域情報81及び表面形状情報91に基づいて撮像部1に対して計測指令を送ることにより、試料の大きさや形状に応じた撮像を行うことができる。
Thereafter, the
なお、本実施例では、図3に示すように、反射ミラー70、再結像光学系60、撮像素子50、の夫々を、互いに干渉しないように4つずつ配置している。ここで、1回の撮像で各撮像素子50が撮像できる領域(撮像領域)同士の間の隙間を埋めるために、XYステージ23を移動して複数回の撮像(ステップ撮像)を行うことで、試料302の全体の画像を取得することができる。なお、反射ミラー70、再結像光学系60、撮像素子50、の夫々の数や配置は、結像光学系40の視野や各撮像素子50の撮像領域の大きさなどに応じて適宜決定することができる。
In the present embodiment, as shown in FIG. 3, four reflection mirrors 70, a re-imaging
そして、撮像部1において取得した撮像情報を、演算部4において処理することにより、プレパラート30のデジタル画像を取得することができる。撮像部1における画像取得動作が完了すると、プレパラート30を保持するステージ20は計測部2における表面形状計測器90の下に移動し、プレパラート30は移動手段250により撮像台82に移動される。そして、プレパラート30は、不図示の搬送手段201によりストッカー200に格納される。
And the digital information of the
ここで、図1に示すように、結像光学系40には、Zチルトステージ24の位置及び姿勢を計測するための第2計測器601が取り付けられている。なお、第1計測器100及び第2計測器601夫々は、結像光学系40の光軸に垂直な基準面(撮像基準面B)からの距離を計測できるように校正されている。本実施例では、対物光学系400の入射面を撮像基準面Bとしているが、これに限らず、例えば、対物光学系400を組み立てる際の基準として用いられる面を撮像基準面Bとして設定してもよい。夫々の計測結果に応じて、Zチルトステージ24の位置決めを行うことが可能になる(詳細は後述)。第2計測器601は3個の距離センサ601a〜601cを含み、これらの距離センサ601a〜601cの計測情報と夫々のセンサの位置関係から、撮像基準面Bに対するステージ基準面Aの位置及び傾きを計測することができる。
Here, as shown in FIG. 1, a
以下、図4に示すフローチャートを用いて、本実施例に係るZチルトステージ24の位置決め方法(フォーカス調整方法)を含む画像取得方法について詳しく説明する。なお、図4に示すフローチャートの処理は、特に断りがない限り演算部4により行われるものとする。本実施例に係る画像取得装置1000は、図4のフローチャートに従ったプログラムをメモリ500に記憶させて、演算部4によりそのプログラムを実行するように構成している。なお、演算部4は、例えば、PCやマイコンボード、産業用コントローラなどにおけるCPUを指している。
Hereinafter, the image acquisition method including the positioning method (focus adjustment method) of the
初めに、演算部4は、基準プレパラート31に基づいて対物光学系400のフォーカス位置を取得する処理(準備工程)を行う。なお、基準プレパラート31の表面は平坦(フォーカスへの影響を無視できる程度の平面度を有する)であり、その表面には合焦状態を検出するための模様が描画されている。具体的には、まず、図5(a)に示すように、基準プレパラート31が設置されたZチルトステージ24をZ方向に駆動して、撮像部1に基準プレパラート31を複数回撮像させる。演算部4は、取得した複数の画像からフォーカス画像(コントラスト値が許容値である画像)を検出する(ステップS401)。
First, the
また、図5(b)に示すように、フォーカス画像を取得した時の位置にZチルトステージ24を位置決めする。さらに、図5(c)に示すように、XYステージ23を駆動して、基準プレパラート31の表面における点P0が第1計測器100の計測位置となるように位置決めする(ステップS402)。この時、基準プレパラート31の姿勢及びZ方向の位置を変化させないように、XYステージ23のみを駆動している。そして、演算部4は、第1計測器100に撮像基準面Bから点P0までの距離を計測させ、この時の計測値をフォーカス位置Z’0として記憶する(ステップS403)。
Further, as shown in FIG. 5B, the
なお、前述したフォーカス画像とは、基準プレパラート31の表面が対物光学系400の被写界深度内に入る時に取得した画像のことを指しており、本実施例では、コントラスト値が最大である画像をフォーカス画像(ベストフォーカス画像)としている。よって、本実施例に係るフォーカス位置Z’0は、基準プレパラート31の表面がベストフォーカスとなる位置(ベストフォーカス位置)である。
Note that the above-described focus image refers to an image acquired when the surface of the
次に、演算部4は、カバーグラス301の位置及び厚さを計測する処理を実行する(第1の工程)。まず、図6(a)に示すように、観察対象のプレパラート30が設置されたXYステージ23を、カバーグラス301の表面が第1計測器100の計測位置に配置されるように、位置決めする(ステップS404)。演算部4は、第1計測器100にカバーグラス301の位置(撮像基準面Bからカバーグラス301の表面における点P’までの距離)Z’と、カバーグラス301の厚さdとを計測させる(ステップS403)。
Next, the calculating
さらに、演算部4は、Zチルトステージ24を対物光学系400のフォーカス位置に位置決めする処理(第2の工程)を行う。まず、図6(b)に示すように、XYステージ23を駆動してプレパラート30を撮像位置に移動させる。この時、演算部4は、フォーカス位置Z’0と、カバーグラス301の厚さdと、に基づいて、次式(1)で表される目標位置Z’refを演算する(ステップS406)。
Z’ref=Z’0−d/N ・・・(1)
Further, the
Z'ref = Z'0-d / N (1)
なお、式(1)では、カバーグラス301の厚さdに対して、予め記憶しておいたカバーグラス301の屈折率Nを考慮している。さらに、演算部4は、カバーグラス301の位置Z’と目標位置Z’refとの差分errZ’を演算する(ステップS407)。
In equation (1), the refractive index N of the
そして、演算部4は、カバーグラス301の位置Z’が目標位置Z’refに一致するように、すなわちZチルトステージ24の移動距離が差分errZ’に一致するように、指令値Zcomを演算する。この時、第2計測器601の計測値Z(撮像基準面Bからステージ基準面Aまでの距離)を参照している。この指令値Zcomに応じて、Zチルトステージ24をZ方向にerrZ’だけ移動させることにより、撮像基準面Bから試料302の表面の点Pまでの距離をフォーカス位置Z’0に一致させることができる。このようにして、Zチルトステージ24の位置を調整し、その位置を固定する。これにより、図6(c)に示すように、プレパラート30における試料302の表面を対物光学系400のフォーカス位置に位置決めすることができる(ステップS408)。
Then, the
以上、本実施例に係る画像取得装置は、演算部により、第1計測器で計測したカバーグラスの厚さの計測値に基づいて、試料の表面が対物光学系の被写界深度内に入るようにステージを制御している。これにより、プレパラートにおけるカバーグラスの厚さを考慮してステージの位置を調整できるため、試料の表面を対物光学系のフォーカス位置に位置決めすることができる。よって、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な試料の画像を取得することができる。 As described above, in the image acquisition apparatus according to the present embodiment, the surface of the sample falls within the depth of field of the objective optical system based on the measurement value of the thickness of the cover glass measured by the first measuring instrument by the calculation unit. So that the stage is controlled. Thereby, since the position of the stage can be adjusted in consideration of the thickness of the cover glass in the preparation, the surface of the sample can be positioned at the focus position of the objective optical system. Therefore, even when an objective optical system having a high resolving power is used, a good sample image with little blur can be acquired.
[実施例2]
以下、本発明の実施例2について説明するが、実施例1と同一または同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
[Example 2]
Hereinafter, a second embodiment of the present invention will be described. The same or equivalent components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
上述の実施例1では、カバーグラス301の厚さが均一であるとみなし、カバーグラス301の1箇所(1点)における厚さのみを計測して、Zチルトステージ24の位置決めを行っている。しかし、一般的なカバーグラスの厚さは、XY方向の位置毎に4um〜10um程度のムラ(ばらつき)があることが知られている。よって、高い解像力を持つ対物光学系400を備えた画像取得装置1000においては、カバーグラス301の厚さムラを考慮して、Zチルトステージ24の位置決めを行うことがより望ましい。
In the first embodiment described above, it is assumed that the thickness of the
そこで、本実施例では、カバーグラス301の複数箇所(複数の点)において厚さを計測し、カバーグラス301の厚さムラを考慮してZチルトステージ24の位置決めを行う。以下、図7に示すフローチャートを用いて、本実施例に係るZチルトステージ24の位置決め方法(フォーカス調整方法)を含む画像取得方法について詳しく説明する。
Therefore, in this embodiment, the thickness is measured at a plurality of positions (a plurality of points) of the
初めに、実施例1と同様に、演算部4により基準プレパラート31に基づいて対物光学系400のフォーカス位置Z’0を取得する処理を行う(準備工程:ステップS701〜S703)。そして、演算部4は、カバーグラス301における複数箇所での位置及び厚さを計測する処理を実行する(第1の工程)。なお、本実施例では、図8に示すような厚さムラが生じたカバーグラス301を含むプレパラート30を観察対象としている。
First, as in the first embodiment, the
まず、図9(a)に示すように、観察対象のプレパラート30が設置されたXYステージ23を、プレパラート30におけるカバーグラス301の表面が第1計測器100の計測位置に配置されるように位置決めする(ステップS704)。また、演算部4は、第1計測器100にカバーグラス301の位置(撮像基準面Bからカバーグラス301の表面における点P1’までの距離)Z1’と、カバーグラス301における点P1’での厚さd1とを計測させる。さらに、演算部4は、XYステージ23をXY方向に移動し、第1計測器100に点P1’とは異なる点P2’でのカバーグラス301の厚さd2を計測させる(ステップS705)。
First, as shown in FIG. 9A, the
次に、演算部4は、Zチルトステージ24を対物光学系400のフォーカス位置に位置決めする処理(第2の工程)を行う。まず、演算部4は、前述したフォーカス位置Z’0と、カバーグラス301の厚さd1及びd2と、に基づいて、次式(2)及び(3)で表される目標位置Z1’ref及びZ2’refを演算する(ステップS706)。
Z1’ref=Z’0−d1/N ・・・(2)
Z2’ref=Z’0−d2/N ・・・(3)
Next, the
Z1′ref = Z′0−d1 / N (2)
Z2′ref = Z′0−d2 / N (3)
なお、式(2)及び(3)では、カバーグラス301の厚さd1、d2の夫々に対して、予め記憶しておいたカバーグラス301の屈折率Nを考慮している。また、演算部4は、カバーグラス301における少なくとも1箇所での位置Z1’と目標位置Z1’refとの差分errZ1’を演算する(ステップS707)。
In the equations (2) and (3), the refractive index N of the
さらに、演算部4は、目標位置Z1’ref及びZ2’refと、カバーグラス301における少なくとも2箇所(点P1’及びP2’)の間の距離dLxと、に基づいて、目標姿勢θy’refを演算する(ステップS708)。目標姿勢θy’refは、次式(4)で表されるZチルトステージ24のY軸周りの目標姿勢である。
θy’ref=(Z2’ref−Z1’ref)/dLx
=(d1−d2)/NdLx ・・・(4)
Further, the
θy′ref = (Z2′ref−Z1′ref) / dLx
= (D1-d2) / NdLx (4)
なお、距離dLxは、厚さd1の計測後に厚さd2を計測する際のXYステージ23の移動距離などに基づいて、演算部4により算出される。図8に示したように、目標姿勢θy’refは、カバーグラス301の表面における点P1’と点P2’とを結ぶ線と試料302の表面における点P1と点P2とを結ぶ線とが成す角度に相当する。
The distance dLx is calculated by the
また、演算部4は、図9(b)に示すように、XYステージ23を駆動してプレパラート30を撮像位置に移動させる。そして、カバーグラス301における少なくとも1箇所での位置Z1’が目標位置Z1’refに一致し、かつZチルトステージ24の姿勢が目標姿勢θy’refに一致するように、Zチルトステージ24を駆動する。具体的には、まず、第2計測器601の計測値Z(撮像基準面Bからステージ基準面Aまでの距離)と計測値θy(撮像基準面Bに対するステージ基準面AのY軸周りの傾き)とを参照して指令値Zcomを演算する。
Further, as shown in FIG. 9B, the
この指令値Zcomに応じて、Zチルトステージ24をZ方向にerrZ1’だけ駆動し、かつY軸周りにθy’refだけ駆動する。このようにして、Zチルトステージ24の位置及び姿勢を調整し、その位置及び姿勢を固定する。これにより、図9(c)に示すように、プレパラート30における試料302の表面を対物光学系400のフォーカス位置に位置決めすることができる(ステップS709)。なお、Zチルトステージ24のX軸周りの傾きについても、Y軸周りの傾きと同様に位置決めすることができる。
In response to the command value Zcom, the
以上、本実施例に係る画像取得装置は、演算部により、第1計測器で計測したカバーグラスにおける複数箇所での厚さの計測値に基づいて、試料の表面が対物光学系の被写界深度内に入るようにステージを制御している。これにより、プレパラートにおけるカバーグラスの厚さムラを考慮してステージの位置及び姿勢を調整できるため、試料の表面を対物光学系のフォーカス位置に位置決めすることができる。よって、高い解像力を持つ対物光学系を用いた場合でも、ボケの少ない良好な試料の画像を取得することができる。 As described above, in the image acquisition apparatus according to the present embodiment, the surface of the sample is the object field of the objective optical system based on the measured thickness values at a plurality of locations in the cover glass measured by the first measuring instrument. The stage is controlled to enter the depth. Thereby, since the position and posture of the stage can be adjusted in consideration of the thickness variation of the cover glass in the preparation, the surface of the sample can be positioned at the focus position of the objective optical system. Therefore, even when an objective optical system having a high resolving power is used, a good sample image with little blur can be acquired.
[実施例3]
以下、本発明の実施例3について説明するが、実施例1、2と同一または同等の構成部分については同一の符号を付し、その説明を簡略もしくは省略する。
[Example 3]
Hereinafter, a third embodiment of the present invention will be described. The same or equivalent components as those of the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be simplified or omitted.
上述の実施例1及び2では、カバーグラス301の表面形状と厚さとを、夫々表面形状計測器90と第1計測器100とにより別々に計測しているため、夫々の計測に対して時間を要する。また、実施例2では、厚さムラを計測する工程を有しており、表面形状の計測と厚さムラの計測との夫々において、XYステージ23をステップ駆動しているため、画像取得装置1000の全体のスループットが低下してしまう。
In the above-described first and second embodiments, the surface shape and thickness of the
さらに、実施例1及び2では、対物光学系400のフォーカス位置及びカバーグラス301の位置の計測を第1計測器100により行なっている。よって、XYステージ23を第1計測器100の計測位置から撮像部1の撮像位置に移動する動作や、カバーグラス301の位置と目標位置との差分の演算が必要となり、夫々に時間を要してしまう。
Furthermore, in the first and second embodiments, the
そこで、本実施例では、図10に示すように、計測部2における表面形状計測器90の代わりに、第1計測器100と同様の構成を持つ第4計測器100’を設けることにより、カバーグラス301の表面形状と厚さとを同時に計測できるようにする。さらに、本実施例では、第4計測器100’及び第3計測器901の夫々を、共通の計測基準面Cからの距離を計測できるように(同じ距離計測値を取得するように)校正している。
Therefore, in this embodiment, as shown in FIG. 10, instead of the surface
これにより、表面形状情報の取得と同時に、ステージ基準面Aの位置に対するカバーグラス301の相対位置を取得することができる。これにより、上述したようなスループットの低下を抑制することができ、かつ、撮像部1において第1計測器100を設ける必要がなくなり、装置の小型化やコストの低減を実現できる。
Thereby, the relative position of the
以下、図11に示すフローチャートを用いて、本実施例に係るZチルトステージ24の位置決め方法(フォーカス調整方法)を含む画像取得方法について詳しく説明する。
Hereinafter, the image acquisition method including the positioning method (focus adjustment method) of the
初めに、実施例1と同様に、演算部4により基準プレパラート31に基づいて対物光学系400のフォーカス位置Z0を取得する処理を行う(準備工程)。まず、演算部4は、図12(a)に示すように、基準プレパラート31を設置したZチルトステージ24をZ方向に駆動して撮像部1に複数回撮像させ、取得した複数の画像からフォーカス画像を検出する(ステップS1101)。そして、図12(b)に示すように、フォーカス画像を取得した時の位置にZチルトステージ24を位置決めする。この時、演算部4は、第2計測器601に撮像基準面Bからステージ基準面Aまでの距離を計測させ、計測値をフォーカス位置Z0として記憶する(ステップS1102)。
First, as in the first embodiment, the
次に、演算部4は、カバーグラス301の厚さ及び表面形状を計測する処理を実行する(第1の工程)。まず、図10に示すように、観察対象のプレパラート30が設置されたXYステージ23を、カバーグラス301の表面が計測部2における第4計測器100’の計測位置に配置されるように位置決めする(ステップS1103)。そして、演算部4は、第4計測器100’にカバーグラス301の表面形状と厚さdとを計測させる(ステップS1104)。
Next, the calculating
さらに、演算部4は、Zチルトステージ24を対物光学系400のフォーカス位置に位置決めする処理(第2の工程)を行う。まず、図12(c)に示すように、プレパラート30におけるカバーグラス301の表面が撮像位置に配置されるように、XYステージ23を位置決めする。この時、演算部4は、図10に示したように、フォーカス位置Z0とカバーグラス301の厚さdとに基づいて、次式(5)で表される目標位置Zrefを演算する(ステップS1105)。
Zref=Z0−d/N ・・・(5)
Further, the
Zref = Z0−d / N (5)
そして、演算部4は、第2計測器601の計測値Z(撮像基準面Bからステージ基準面Aまでの距離)が目標位置Zrefに一致するように、指令値Zcomを演算する。すなわち、この指令値Zcomに応じてZチルトステージ24をZ方向に移動させることにより、Zチルトステージ24の位置Zを目標位置Zrefに一致させることができる。これにより、図12(d)に示すように、プレパラート30における試料302の表面を対物光学系400のフォーカス位置に位置決めすることができる(ステップS1106)。
Then, the
なお、本実施例においても、実施例2のようにカバーグラス301の厚さムラを考慮したフォーカス調整を行なってもよい。また、第4計測器100’における計測は、上述したフォーカス位置の計測の前後に行なってもよいし、フォーカス位置の計測と同時に行なってもよい。
Also in this embodiment, focus adjustment may be performed in consideration of thickness unevenness of the
以上、本実施例に係る画像取得装置は、演算部により、第4計測器で計測したカバーグラスの厚さの計測値に基づいて、試料の表面が対物光学系の被写界深度内に入るようにステージを制御している。これにより、プレパラートにおけるカバーグラスの厚さを考慮してステージの位置を調整できるため、試料の表面を対物光学系のフォーカス位置に位置決めすることができる。また、第4計測部においてカバーグラスの表面形状と厚さとを同時に計測可能な構成をとることで、フォーカス調整の際のスループットを向上させることができる。 As described above, in the image acquisition apparatus according to the present embodiment, the surface of the sample falls within the depth of field of the objective optical system based on the measurement value of the thickness of the cover glass measured by the fourth measuring instrument by the calculation unit. So that the stage is controlled. Thereby, since the position of the stage can be adjusted in consideration of the thickness of the cover glass in the preparation, the surface of the sample can be positioned at the focus position of the objective optical system. Further, by adopting a configuration capable of simultaneously measuring the surface shape and thickness of the cover glass in the fourth measurement unit, it is possible to improve the throughput at the time of focus adjustment.
[変形例]
以上、本発明の好ましい実施例について説明したが、本発明はこれらの実施例に限定されないことは言うまでもなく、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
[Modification]
As mentioned above, although the preferable Example of this invention was described, it cannot be overemphasized that this invention is not limited to these Examples, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
例えば、上述した各実施例おいては、ステージの移動のみによってフォーカス調整を行っているが、それに加えて、反射ミラーや撮像素子をカバーグラスの表面形状情報に応じて駆動することによりフォーカス調整を行なってもよい。さらに、カバーグラスの表面形状情報に基づいて、Zチルトステージの姿勢を調整するようにしてもよい。 For example, in each of the embodiments described above, focus adjustment is performed only by moving the stage, but in addition, focus adjustment is performed by driving the reflecting mirror and the image sensor according to the surface shape information of the cover glass. You may do it. Furthermore, the posture of the Z tilt stage may be adjusted based on the surface shape information of the cover glass.
また、上述した各実施例おいて、カバーグラスや試料の表面がうねっている場合は、演算部によりその表面の近似平面を求めてから、上述のフォーカス調整を適用してもよい。また、上述のフォーカス調整は、プレパラートにおける試料の表面の複数の点において行なってもよいし、その表面(近似平面)における中心点に対してのみ行なってもよい。 In each of the above-described embodiments, when the surface of the cover glass or the sample is wavy, the above-described focus adjustment may be applied after obtaining an approximate plane of the surface by the calculation unit. The focus adjustment described above may be performed at a plurality of points on the surface of the sample in the preparation, or may be performed only on the center point on the surface (approximate plane).
また、上述したメモリを画像取得装置の内部に搭載してもよいし、外部メモリとして通信により演算部に情報を伝達するようにしてもよい。ここで、対物光学系のフォーカス位置は、予め演算部やメモリに記憶させておけば画像取得装置において計測する必要はない。例えば、外部の装置で取得したフォーカス位置の情報を、演算部により受信するようにしてもよい。 Further, the above-described memory may be mounted inside the image acquisition apparatus, or information may be transmitted to the calculation unit by communication as an external memory. Here, the focus position of the objective optical system need not be measured by the image acquisition device if it is stored in advance in the calculation unit or memory. For example, information on a focus position acquired by an external device may be received by a calculation unit.
また、第2計測器及び第3計測器の夫々が3個の距離センサを有する構成について説明したが、夫々の計測器はこの構成に限らない。すなわち、計測器の計測値によって上述した姿勢の情報を取得できればよいので、各距離センサの数を3個に限る必要はなく、また、計測器として距離センサ以外のセンサを用いてもよい。 Further, although the configuration in which each of the second measuring instrument and the third measuring instrument has three distance sensors has been described, each measuring instrument is not limited to this configuration. That is, since it is only necessary to acquire the above-described posture information from the measurement value of the measuring instrument, it is not necessary to limit the number of distance sensors to three, and sensors other than the distance sensor may be used as the measuring instrument.
なお、実施例1及び2においては、第1計測器と第2計測器とを兼用してもよく、例えば、第2計測器における距離センサのうちの一つを第1計測器として用いてもよい。あるいは、第1計測器が計測するカバーグラスの位置及び厚さの夫々を、別々の計測器により計測するようにしてもよい。 In the first and second embodiments, the first measuring instrument and the second measuring instrument may be used together. For example, one of the distance sensors in the second measuring instrument may be used as the first measuring instrument. Good. Or you may make it measure each of the position and thickness of the cover glass which a 1st measuring device measures with a separate measuring device.
実施例2においては、カバーグラスにおける2箇所での厚さを計測しているが、厚さを計測する箇所の数はこれに限らず、2箇所以上であればよい。なお、3箇所以上での厚さを計測する場合は、少なくとも1箇所における目標位置を演算し、かつ少なくとも2箇所の間の距離から目標姿勢を演算すれば、カバーグラスの厚さムラを考慮したフォーカス調整を行うことができる。 In Example 2, although the thickness in two places in a cover glass is measured, the number of the places which measure thickness is not restricted to this, What is necessary is just two or more places. In addition, when measuring the thickness at three or more locations, if the target position in at least one location is calculated and the target posture is calculated from the distance between at least two locations, the thickness variation of the cover glass is taken into account. Focus adjustment can be performed.
各実施例おいて、試料の全体を撮像する際にステップ撮像を行なっているが、本発明は試料の全体をスキャンする構成に対しても適用可能である。また、本発明に係る画像取得装置は、対物光学系全体を拡大系として試料を拡大して観察する顕微鏡に限ることはなく、例えば、基板などの外観検査(異物の付着、キズの検査等)を行う検査装置としても好適である。 In each embodiment, step imaging is performed when imaging the entire sample, but the present invention is also applicable to a configuration that scans the entire sample. Further, the image acquisition apparatus according to the present invention is not limited to a microscope that magnifies and observes a sample using the entire objective optical system as an enlargement system. For example, appearance inspection of a substrate or the like (inspection of foreign matter, scratches, etc.) It is also suitable as an inspection apparatus for performing the above.
4 演算部
20 ステージ
30 被検物
50 撮像素子
301 カバーグラス
302 試料
400 対物光学系
1000 画像取得装置
4 arithmetic unit 20
Claims (25)
前記カバーグラスの厚さの計測値に基づいて、前記試料の表面が前記対物光学系の被写界深度内に入るように、前記ステージを制御する演算部を有することを特徴とする画像取得装置。 A stage capable of holding and moving a test object including a cover glass and a sample in contact with the cover glass, an objective optical system for forming an image of the test object, and the test object via the objective optical system An image acquisition device comprising:
An image acquisition apparatus comprising: a calculation unit that controls the stage so that the surface of the sample falls within a depth of field of the objective optical system based on a measurement value of the thickness of the cover glass. .
前記カバーグラスの厚さを計測する第1の工程と、
前記カバーグラスの厚さの計測値に基づいて、前記試料の表面が前記対物光学系の被写界深度内に入るように、前記ステージを制御する第2の工程と、
を有することを特徴とする画像取得方法。 A stage capable of holding and moving a test object including a cover glass and a sample in contact with the cover glass, an objective optical system for forming an image of the test object, and the test object via the objective optical system An image acquisition method in an image acquisition device comprising:
A first step of measuring the thickness of the cover glass;
A second step of controlling the stage so that the surface of the sample falls within the depth of field of the objective optical system based on the measured value of the thickness of the cover glass;
An image acquisition method comprising:
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