JP2012108184A - 焦点位置情報検出装置、顕微鏡装置及び焦点位置情報検出方法 - Google Patents

Abstract

【課題】正確な焦点位置情報の検出が可能な焦点位置情報検出装置、顕微鏡装置及び焦点位置情報検出方法を提供すること
【解決手段】本発明の焦点位置情報検出装置１は、撮像素子２と、ステージ４と、光源６と、光源制御部８と、焦点位置情報取得部１０とを具備する。撮像素子２は複数の画素ラインを有し、ローリングシャッタモードで動作する。ステージ４は、撮像素子２と顕微鏡光学系３を介して対向し、顕微鏡光学系３の光軸方向に移動可能である。光源６はステージ４を照明する。光源制御部８は、光源６を画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させる。焦点位置情報取得部１０は、ステージ４を移動させながら撮像素子２によって撮像された画像に基づいて、顕微鏡光学系３の焦点位置情報を取得する。
【選択図】図１

Description

本発明は、撮像した顕微鏡画像から顕微鏡光学系の焦点位置情報を検出するための焦点位置情報検出装置、顕微鏡装置及び焦点位置情報検出方法に関する。

光学顕微鏡において、サンプルが載置されるステージの光学系に対する位置を調整することにより、当該光学系の焦点位置をサンプルに一致させることができる。このステージの位置調整が自動で行われれば、サンプルを交換する度に、あるいは光学系の倍率を変更する度にユーザが焦点を合わせる必要がなく利便性が高い。このためには光学系の焦点位置情報を自動的に取得する必要がある。

ここで、光学顕微鏡の撮像素子として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサが利用されている。ＣＭＯＳイメージセンサには、各光電変換素子の出力が光電変換素子のライン毎に読み出されるローリングシャッタと呼ばれるモードがあり、各光電変換素子の受光タイミングは画素ライン毎に異なっている。即ち、出力される画像は画素位置によって異なるタイミングで撮像されたものである。

このローリングシャッタの特性を利用して、焦点深度を取得する発明が特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の「自動焦点調節装置」は、フォーカスレンズを駆動しながらローリングシャッタ方式の撮像素子によって焦点検出用の画像を撮像し、当該画像中の焦点が合っている領域（以下、合焦領域）を判定する。当該領域を撮像した光電変換素子のラインの受光タイミングから、焦点が合うまでのフォーカスレンズの駆動時間を算出し、焦点深度を取得するものである。

特開２００９−０６９１９７号公報（段落[００１９]、図１）

しかしながら、特許文献１に記載の発明のように、ローリングシャッタの特性を利用して焦点深度を取得する場合、焦点検出用画像に含まれる合焦領域の位置から、その領域を撮像した光電変換素子のラインを特定し、その受光タイミングに一致する焦点調整機構の動作時間から焦点深度を検出する。このため、特に焦点深度が浅い顕微鏡では、正確な焦点深度の検出が困難である。

以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、正確な焦点位置情報の検出が可能な焦点位置情報検出装置、顕微鏡装置及び焦点位置情報検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る焦点位置情報検出装置は、撮像素子と、ステージと、光源と、光源制御部と、焦点位置情報取得部とを具備する。
上記撮像素子は、複数の画素ラインを有し、ローリングシャッタモードで動作する。
上記ステージは、上記撮像素子と顕微鏡光学系を介して対向し、上記顕微鏡光学系の光軸方向に移動可能である。
上記光源は、上記ステージを照明する。
上記光源制御部は、上記光源を上記画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させる。
上記焦点位置情報取得部は、上記ステージを移動させながら上記撮像素子によって撮像された画像に基づいて、上記顕微鏡光学系の焦点位置情報を取得する。

ローリングシャッタモードは、画素の光電変換信号の出力方式であり、行列状に配列する画素の行である画素ライン毎に光電変換信号を出力するものであり、各画素ラインの光電変換を実行するタイミングは画素ライン毎に順次遅延する。したがって、ローリングシャッタモードの撮像素子により撮像される画像は、一枚の画像の中に、撮像（光電変換）のタイミングが異なる領域が存在する。本発明の焦点位置情報検出装置は、このようなローリングシャッタモードの撮像素子を用いて観察対象物が載置されたステージを移動させながら画像を撮像する。これにより、ステージ位置が顕微鏡光学系の焦点位置に一致したタイミングで撮像された焦点が合っている領域（以下、合焦領域）と、ステージ位置が上記焦点位置に一致していないタイミングで撮像された焦点が合っていない領域（以下、非合焦領域）を含む画像を得ることができる。また、撮像と同時に、光源制御部が光源を画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させることにより、上記画像中に、光源による照明光が到達しない画素ラインの出力に相等する輝度の小さい（黒色の）線像が複数形成される。焦点位置情報取得部は、この線像と上記合焦領域の画像における位置関係から、合焦領域がいずれのタイミング、即ち、ステージの移動量で撮像されたものかを判断し、顕微鏡光学系の焦点位置情報を検出することが可能となる。

上記焦点位置情報検出装置は、上記ステージの上記光軸方向の座標を取得するステージ座標取得部をさらに具備し、上記光源制御部は、上記ステージ座標取得部によって取得される上記ステージの座標に基づいて、上記光源を発光させてもよい。

光源の発光タイミングをステージの座標に連動させることにより、上記画像における線像を、ステージの移動速度に関係なく直接ステージの座標に対応させることができる。したがって、ステージの移動速度が等速でない場合であっても、線像と上記合焦領域の画像における位置関係から顕微鏡光学系の焦点位置情報を導くことが可能となる。

上記光源制御部は、上記ステージが所定の座標にあるときに、上記光源の発光間隔を変更してもよい。

光源の発光間隔を変更することにより、照明光が到達しない画素ラインの数を変え、上記線像の太さを変えることが可能である。本発明では、光源制御部が予め定められたステージ座標に応じて発光間隔を変更することにより、太さが変更された線像をそのステージ座標を示すマーカとして利用し、合焦領域の示すステージ座標の特定に利用することが可能となる。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る顕微鏡装置は、撮像素子と、ステージと、光源と、光源制御部と、焦点位置情報取得部と、焦点調整部とを具備する。
上記撮像素子は、複数の画素ラインを有し、ローリングシャッタモードで動作する。
上記ステージは、上記撮像素子と顕微鏡光学系を介して対向し、上記顕微鏡光学系の光軸方向に移動可能である。
上記光源は、上記ステージを照明する。
上記光源制御部は、上記光源を上記画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させる。
上記焦点位置情報取得部は、上記ステージを移動させながら上記撮像素子によって撮像された画像に基づいて、上記顕微鏡光学系の焦点位置情報を取得する。
上記焦点調整部は、上記焦点位置情報取得部によって取得された焦点位置情報に基づき上記ステージの位置を調整する。

本発明の顕微鏡装置は、焦点調整部が取得された焦点位置情報に応じてステージの位置を自動的に調整する。即ち、この顕微鏡装置はユーザによる焦点調節を要することなく撮像可能な状態とすることが可能である。

上記目的を達成するため、本発明の一形態に係る焦点位置情報検出方法は、撮像対象物をステージに載置する。
上記撮像対象物は、上記ステージを顕微鏡光学系の光軸方向に移動させながら、かつ、上記ステージを照明する光源を撮像素子が有する画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させながら、上記撮像素子により撮像される。
上記顕微鏡光学系の焦点位置情報は、上記撮像素子によって撮像された画像に基づいて取得される。

以上のように本発明によれば、正確な焦点位置情報の検出が可能な焦点位置情報検出装置、顕微鏡装置及び焦点位置情報検出方法を提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡システムを示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡システムの撮像素子の概略的な構成を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像素子の画素ライン毎の受光タイミングを示す概念図である。 観察対象物の画像の例を示す図である。 比較として示す光源の発光タイミングを示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る光源の発光タイミングを示す概念図である。 本発明の第１の実施形態に係る撮像素子によって撮像される焦点位置情報検出用画像を示す模式図である。 本発明の第２の実施形態に係る光源の発光タイミングを示す概念図である。 本発明の第２の実施形態に係るステージのＺ軸座標と時刻の関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る電流供給回路の各時刻における出力電流を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る撮像素子によって撮像される焦点位置情報検出用画像を示す模式図である

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態について説明する。

［顕微鏡システムの構成］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡システム１を示す模式図である。
同図に示すように、顕微鏡システム１は、撮像素子２、顕微鏡光学系３、ステージ４、ステージ駆動部５、光源６、照明光学系７、電流供給回路８、制御部９及び画像処理部１０を有する。ステージ４には観察対象物Ｓが載置されている。

光源６は、電流供給回路８から供給される電流を受けて照明光を放射する。光源６は、ＬＥＤ（Light Emitting Diode）等の電流応答が高速な発光素子を用いることができる。これは、光源６が後述するステージ４の移動に合わせて断続的に明滅する必要があるためである。

照明光学系７は、光源６から放射された照明光をステージ４上の観察対象物Ｓに到達ささるための光学系である。照明光学系７は、光源６の放射光を平行光とする第１レンズ７１と、第１レンズ７１を透過した光を反射する反射鏡７２と、反射鏡７２によって反射された光を観察対象部Ｓに集束させる第２レンズ７３とを有する。なお、照明光学系７の構成はこの構成に限られず、適宜変更可能である。

顕微鏡光学系３は、照明光学系７を介して観察対象物Ｓを透過した光を所定の倍率に拡大して撮像素子２に到達させる。本実施形態では、顕微鏡光学系３は対物レンズ３１と接眼レンズ３２とを有する。なお、顕微鏡光学系３の構成はこの構成に限られず、適宜変更可能である。

撮像素子２は、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサ等のローリングシャッタモードで動作する撮像素子であり、顕微鏡光学系３を介して到達した観察対象物Ｓの透過光を撮像する。ローリングシャッタモードの詳細については後述する。撮像素子２は、照明光学系７を介してステージ４と対向するように配置される。撮像素子２はカラーイメジャであってもよく、モノクロイメージャであってもよい。撮像素子２は生成した画像（画像データ）を画像処理部１０に出力する。

ステージ４は、撮像素子２に対向し、ステージ駆動部５によって、顕微鏡光学系３の光軸方向（以下、Ｚ軸方向とする）に移動可能に構成されている。

ステージ駆動部５は、制御部９による制御を受けてステージ４をＺ軸方向に駆動する。また、ステージ駆動部５はエンコーダを内蔵し、ステージ４のＺ軸方向の座標（以下、Ｚ軸座標とする）を取得して制御部９に出力する。

電流供給回路８は、制御部９による制御を受けて、光源６に駆動電流を供給する。詳細は後述するが、電流供給回路８は光源６にパルス状の駆動電流を供給することが可能なものである。

制御部９は、上述のようにステージ駆動部５及び電流供給回路８を制御する。具体的には、制御部９は、ステージ駆動部５を制御すると同時に、ステージ駆動部５から出力されるステージ４のＺ軸座標と光源６の発光タイミングを連動させるように電流供給回路８を制御する。また、制御部９は画像処理部１０とも接続されている。

画像処理部１０は、撮像素子２から出力される画像に基づいて焦点位置情報、具体的には観察対象物Ｓが焦点位置に一致するステージ４の位置情報を取得し、制御部９に出力する。画像処理部１０が焦点位置情報を取得する方法については後述する。

顕微鏡システム１は以上のように構成される。ここに示す構成は一例であり、顕微鏡は蛍光顕微鏡や実体顕微鏡等の種々の形態の顕微鏡とすることができる。

［顕微鏡システムの焦点位置情報検出動作］
顕微鏡システム１の焦点位置情報検出動作の概略について説明する。

制御部９に焦点位置情報取得の指示が入力されると、制御部９はステージ４をＺ軸方向に移動させるようにステージ駆動部５を制御する。ステージ４の移動方向は、顕微鏡光学系３に対して接近する方向でも離間する方向でもよく、その移動方向は例えばステージ４の初期の位置によって決定される。

制御部９は、ステージ駆動部５を駆動すると同時に、ステージ駆動部５から供給されるステージ４のＺ軸座標に基づいて電流供給回路８を制御する。電流供給回路８によって供給されるパルス状の駆動電流により、光源６は断続的に明滅する。

ステージ４が移動しつつ光源６が明滅している状態で、撮像素子２は観察対象物Ｓを撮像し、焦点位置情報検出用の画像（以下、焦点位置情報検出用画像とする）を取得する。撮像素子２は取得した焦点位置情報検出用画像を画像処理部１０に出力する。画像処理部１０はその焦点位置情報検出用画像から後述する手法によって焦点位置情報を検出し、制御部９に出力する。制御部９はその焦点位置情報に基づいてステージ駆動部５を制御し、観察対象物Ｓの位置が顕微鏡光学系３の焦点位置に一致するようにステージ４を移動させる。この状態で撮像素子２が観察対象物Ｓの画像を撮像することにより、焦点が合っている観察対象物Ｓの画像（以下、観察用画像とする）を撮像することが可能である。顕微鏡システム１ではこのようにして自動的に焦点が調整される。次に、焦点位置情報検出の詳細について説明する。

［ローリングシャッタについて］
撮像素子２のローリングシャッタモードについて説明する。
図２は撮像素子２として、ローリングシャッタモードのＣＭＯＳイメージセンサの概略的な構成を示す模式図である。
同図に示すように、ＣＭＯＳイメージセンサは、行列状に配列された複数の画素２１を有する。ここでは、３行３列の画素２１が示されている。各画素２１は、列毎に垂直信号線２５に接続され、垂直信号線２５は一本の水平信号線２８に接続されている。

それぞれの画素２１は、フォトダイオード２２、増幅器２３及び画素選択スイッチ２４によって構成されている。フォトダイオード２２は、入射した光を電荷に変換（光電変換）し、増幅器２３に出力する。なお、フォトダイオード２２には、入射光を分光するカラーフィルタ等が設けられている。増幅器２３は、フォトダイオード２２から出力された電荷を電圧に変換し増幅する。図示しない制御回路によって切り替えられる画素選択スイッチ２４によって、増幅器２３から出力された電圧が垂直信号線２５に出力される。このとき、各画素２１の画素選択スイッチ２４は、各列においてひとつのみがＯＮとされる。各列において複数の画素選択スイッチ２４が同時にＯＮとされると、垂直信号線２５において各画素２１からの出力信号を分離できないためである。同時にＯＮとされる画素２１は、各垂直信号線２５において同一の行に属するものとし、この同時にＯＮとされる画素２１の行のひとつを画素ラインＬとして図２に示す。

各垂直信号線２５には列回路２６が設けられており、列回路２６は画素２１間にばらつきのあるノイズを除去し、垂直信号線２５の電圧信号を一時的に保管する。列回路２６は列選択スイッチ２７を介して水平信号線２８に接続されている。図示しない制御回路によって切り替えられる列選択スイッチ２７によって、各垂直信号線２５の電圧信号が水平信号線２８に出力される。このとき、列選択スイッチ２７によって、垂直信号線２５の１本のみがＯＮとされる。複数の列選択スイッチ２７が同時にＯＮとされると、水平信号線２８において各垂直信号線２５の出力信号を分離できないためである。水平信号線２８に出力された電圧信号は、端子２９から図示しない信号処理回路に出力される。即ち、ある瞬間に端子２９から出力されるのは、列選択スイッチ２７がＯＮとされている１本の垂直信号線２５のうち、画素選択スイッチ２４がＯＮとされているひとつの画素２１の出力である。

画素選択スイッチ２４の動作によって規定される各画素２１の受光開始及び受光終了のタイミング（以下、「受光タイミング」とする）は、同一の画素ラインの各画素２１が同一のタイミングとなる。図３は、画素ライン毎の受光タイミングを示す概念図である。

図３には、複数の画素ライン（画素ラインＬ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４及びＬ５）の「受光時間」Ｊと「読出時間」Ｙが示されている。受光時間はその画素ラインの各画素選択スイッチ２４がＯＦＦとされており、フォトダイオード２２が電荷を蓄積している時間、即ち受光している時間である。読出時間Ｙはその画素ラインの各画素選択スイッチ２４がＯＮとされており、フォトダイオード２２に蓄積された電荷が各垂直信号線２５に電圧として出力されている時間である。即ち、読出時間は電荷が蓄積されず、受光がされていない時間である。読出時間Ｙによって挟まれた画素ラインＬ１〜Ｌ５の各受光時間Ｙが一枚の画像を撮像する際の各画素ラインＬ１〜Ｌ５の受光時間である。同図に示すように、各画素ラインＬ１〜Ｌ５の読出時間Ｙは同時刻に重複しないようにずらされている。これは上述のように、１本の垂直信号線２５において各画素２１からの出力信号を分離するためである。これにより、各画素ラインＬ１〜Ｌ５の受光タイミングは同一ではなく、画素ライン毎に異なっている。

このように、ローリングシャッタモードでは、画素の受光タイミングが画素ライン毎に異なる。即ち、ローリングシャッタモードの撮像素子によって撮像された画像は、画像の上端と下端では撮像（光電変換）されている時刻がずれている。（ただし、このずれは一般的には数百ｍｓオーダーであり人間にとっては同時）。これに対しＣＣＤ（Charge Coupled Device）イメージセンサ等のグローバルシャッタモードで動作する撮像素子は、各画素の受光タイミングは完全に同一であり、得られる画像における時間的なずれなない。以下で説明するように、本実施形態では、このローリングシャッタモードの構造による受光タイミングのずれを焦点位置情報の検出に利用する。

[撮影時のステージ駆動による影響]
上述のように、本実施形態では、ステージ４を移動させながら撮像素子２によって観察対象物Ｓを撮像する。このステージ４の移動による影響について説明する。図４は、撮像素子２によって撮像される観察対象物Ｓの画像の例を示す図である。図４（ａ）はステージ４を移動させずに観察対象物Ｓを撮像した画像、図４（ｂ）はステージ４を移動させながら図４（ａ）と同一の観察対象物Ｓを撮像した画像の例を示す模式図である。なお、図４（ａ）に示す画像は、撮像前に顕微鏡光学系３の焦点位置に観察対象物Ｓの位置が一致するようにステージ４の位置が調整されているものとする。なお、これらの観察対象物Ｓの画像は説明のためのものであり、実際とは異なる。

図４（ａ）の画像は、画像の全領域において像の焦点が合っているこ。これに対し、図４（ｂ）の画像は、像の焦点が合っている領域（以下、合焦領域）Ａ１と、像の焦点が合っていない領域（以下、非合焦領域）Ａ２が存在することを示す。これは、上述のようにステージ４をＺ方向に移動させているため、所定の時刻で顕微鏡光学系３の焦点位置とステージ４上に載置された観察対象物Ｓの位置とが一致するためである。上述のように、ローリングシャッタモードでは一枚の画像中に撮像タイミング（受光タイミング）が異なる領域が含まれる。このため、顕微鏡光学系３の焦点位置と観察対象物Ｓの位置とが一致した時刻に受光していた画素ラインに対応する（画像中の）位置に合焦領域Ａ１が生成される。

このように、ローリングシャッタモードの撮像素子２を用いてステージ４を移動させながら観察対象物Ｓを撮像することにより、合焦領域Ａ１と非合焦領域Ａ２が含まれる１枚の画像を得ることができる。この合焦領域Ａ１の画像における位置と、ステージ４の位置との相関が判れば、撮像した画像から焦点位置情報を得ることが可能となる。

[光源の発光タイミングの調整]
上述のように、本実施形態では、ステージ４を移動させながら撮像素子２によって観察対象物Ｓを撮像する際、ステージ４のＺ軸座標に基づいて光源６を断続的に明滅させる。以下、この光源６の明滅のタイミング（以下、発光タイミング）について説明する。
図５は比較として示す光源の発光タイミングを示し、図６は本実施形態における光源６の発光タイミングを示す。なお、図５及び図６において示す画素ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…）は図３に示したものと同義である。

図５に示す光源の発光タイミングは、ローリングシャッタモードの撮像素子により撮像する際の一般的な光源の発光タイミングである。図５には、光源の発光タイミングを発光時間Ｒとして示す。ここに示すように一般的には、発光時間Ｒが画素ラインの全てが受光時間に含まれるように光源が制御される。そうしなければ、受光開始から受光終了までの間に光源からの光が到達しない画素ラインが生じてしまうからである。なお、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示した画像もこのような発光タイミングで光源が発光され、撮像されたものである。

図６は、本実施形態に係る光源６の発光タイミングである。図６には、光源６の発光タイミングを発光時間Ｒとして示す。同図に示すように、電流供給回路８は、各画素ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…）の受光時間Ｊより長い間隔（図６に非発光時間Ｋとして示す）で光源６を断続的に明滅させる。これにより、例えば画素ラインＬ３や画素ラインＬ７に含まれる各画素２１は、その受光開始から受光終了までの間に光源６からの照明光を受光しない。

ここで、制御部９は、ステージ駆動部５を制御すると同時に、ステージ駆動部５から出力されるステージ４のＺ軸座標と光源６の発光タイミングを連動させるように電流供給回路８を制御する。具体的には、制御部９は、ステージ駆動部５のエンコーダから供給されるステージ４の座標を元に、ステージ４を所定のＺ軸座標に移動させてから、ステージ４の移動の開始と同時に所定の時間間隔で光源６を発光させるものとすることができる。制御部９はステージ４を一定速度で移動させるようにステージ駆動部５を制御する。これにより、ステージ４の移動開始からの経過時間でステージ４のＺ軸座標を規定することが可能となる。

[焦点位置情報の検出]
上述のように、光源６の発光タイミングを制御しつつステージ４を移動させながら、観察対象物Ｓを撮像素子２によって撮像することによって取得される焦点位置情報検出用画像について説明する。
図７は、焦点位置情報検出用画像を示す模式図である。同図に示すように、焦点位置情報検出用画像には、水平方向に伸びる複数の「非受光線」Ｐが表れている。非受光線は、上述のように光源６が明滅することによって、上記画素ラインＬ３や画素ラインＬ７のように受光時間において照明光が入射しない画素ラインに対応する。

ここで、各非受光線Ｐは光源６の各非発光時間Ｋにそれぞれ対応し、各非発光時間Ｋはそれぞれステージ４のＺ軸座標に対応していることから、上記合焦領域Ａ１が何番目の非受光線Ｐに隣接しているかによって、焦点位置情報を検出することが可能である。具体的には、撮像素子２から焦点位置情報検出用画像を供給された画像処理部１０は、まず合焦領域Ａ１を検出する。これは、同画像の水平方向の周波数特性の解析等の手法によってすることができる。次に、画像処理部１０は、その合焦領域Ａ１に隣接する非受光線Ｐが何番目かを特定する。非受光線Ｐは、その輝度値から検出することが可能である。続いて、画像処理部１０は、合焦領域Ａ１が隣接する非受光線Ｐに対応する光源６の非発光時間Ｋから、対応するステージ４の位置座標、即ち焦点位置情報を検出する。

以上のようにして、画像処理部１０は、焦点位置情報を検出することが可能である。画像処理部１０は、検出した焦点位置情報の情報を制御部９に出力する。制御部９はその情報に基づいてステージ駆動部５を制御し、ステージ４を焦点位置に合わせる。この状態で、撮像素子２が観察対象物Ｓを撮像し、焦点のあった観察対象物Ｓの観察用画像を撮像することが可能となる。なお、観察用画像の撮像は通常の撮像であり、光源６は図５に示したような通常の発光タイミングで発光し、ステージ４の位置も撮像の間は移動されない。本実施形態に係る顕微鏡システム１は、このように、焦点位置情報検出用画像を撮像して焦点位置情報を検出し、ステージ４の位置を調整し、観察用画像を撮像するというプロセスを自動で実行することが可能であり、ユーザに高い利便性を提供するものである。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態について説明する。
なお、第２の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成、動作については記載を省略する。第２の実施形態では、第１の実施形態と光源６の発光タイミングの制御方法が異なる。以下、この点を中心に説明する。

[光源の明滅タイミングの調整]
上述のように、本実施形態では、ステージ４を移動させながら撮像素子２によって観察対象物Ｓを撮像する際、ステージ４のＺ軸座標に基づいて光源６を断続的に明滅させる。以下、この光源６の発光タイミングについて説明する。図８は本実施形態における光源６の発光タイミングを示す。なお、図８において示す画素ライン（Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３…）は図３に示したものと同義である。

図８に示すように、本実施形態では、制御部９が電流供給回路８を制御して、光源６を第１発光時間Ｒ１と、第２発光時間Ｒ２の２種類の発光時間で発光させる。第２発光時間Ｒ２は第１発光時間Ｒ１よりも発光開始時刻が遅く、発光時間は短い時間とする。これにより、第１発光時間Ｒ１から第２発光時間Ｒ２の間の非発光時間（以下、非発光時間Ｋ２とする）は、第２発光時間Ｒ２から第１発光時間Ｒ１の間、及び第１発光時間Ｒ１相互間の非発光時間（以下、非発光時間Ｋ１とする）より長い時間となる。制御部９は、ステージ駆動部５に内蔵されているエンコーダから供給されるステージ４の位置情報に基づいて発光タイミングを制御する。

図９は、ステージ４のＺ軸座標と時刻の関係を示す図であり、図１０は、各時刻における電流供給回路８の出力電流を示す図である。図９において、ステージ４のＺ軸座標のうち、特定の座標をｚ１、ｚ２及びｚ３とし、それぞれのＺ座標におけるステージ４の移動開始からの時刻をｔ１、ｔ２及びｔ３とする。即ち、制御部９は、時刻ｔ１、ｔ２及びｔ３においてステージ４が座標ｚ１、ｚ２及びｚ３に到達したことを示す信号をエンコーダから受信する。図１０に示すように、制御部９は、時刻ｔ１、ｔ２及びｔ３において、電流供給回路８の出力電流の非印加時間を他の時刻より短くする。これにより、図８に示すように光源６は、ステージ４が座標ｚ１、ｚ２及びｚ３に到達する時刻において第２発光時間Ｒ２で発光し、それ以外の時刻において第１発光時間Ｒ１で発光する。

[焦点位置情報の検出]
上述のように、光源６の発光タイミングを制御しつつステージ４を移動させながら、観察対象物Ｓを撮像素子２によって撮像することによって取得される焦点位置情報検出用画像について説明する。
図１１は、焦点位置情報検出用画像を示す模式図である。同図に示すように、焦点位置情報検出用画像には、水平方向に伸びるそれぞれ複数の非受光線Ｐ１と非受光線Ｐ２が表れている。非受光線Ｐ１及び非受光線Ｐ２は、それぞれ非発光時間Ｋ１及び非発光時間Ｋ２に対応し、非発光時間Ｋ２の場合には、照明光が入射しない画素ラインが非発光時間Ｋ１の場合に比べて多いために非受光線Ｐ２の太さも非受光線Ｐ１より太くなる。

各非発光時間Ｋ２はそれぞれステージ４の特定のＺ軸座標に対応していることから、合焦領域Ａ１が何番目の非受光線Ｐ２に隣接しているか、又は非受光線Ｐ２から数えて何番目の非受光線Ｐ１に隣接しているかによって、焦点位置情報を検出することが可能である。具体的には、撮像素子２から焦点深度検出用画像を供給された画像処理部１０は、まず合焦領域Ａ１を検出する。これは、同画像の水平方向の周波数特性の解析等の手法によってすることができる。次に、画像処理部１０は、その合焦領域Ａ１に隣接する非受光線Ｐ１又は非受光線Ｐ２が何番目かを特定する。非受光線Ｐ１及び非受光線Ｐ２は、その輝度値から検出することが可能である。続いて、画像処理部１０は、合焦領域Ａ１が隣接する非受光線Ｐ１又は非受光線Ｐ２に対応する非発光時間Ｋ１又は非発光時間Ｋ２から、対応するステージ４の位置座標、即ち焦点深度を検出する。

以上のようにして、画像処理部１０は、焦点位置情報を検出することが可能である。本実施形態では、第１の実施形態と異なり、ステージ４のＺ軸座標に直接連動する非受光線Ｐ２を基準とすることが可能である。このため、例えばステージ４の移動速度が設定速度と異なっている場合であっても精確正確に焦点位置を検出することが可能である。

本発明はこの実施形態にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において変更することが可能である。

１…顕微鏡システム
２…撮像素子
３…顕微鏡光学系
４…ステージ
５…ステージ駆動部
６…光源
８…電流供給回路
９…制御部
１０…画像処理部

Claims (5)

1. 複数の画素ラインを有し、ローリングシャッタモードで動作する撮像素子と、
   前記撮像素子と顕微鏡光学系を介して対向し、前記顕微鏡光学系の光軸方向に移動可能なステージと、
   前記ステージを照明する光源と、
   前記光源を前記画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させる光源制御部と、
   前記ステージを移動させながら前記撮像素子によって撮像された画像に基づいて、前記顕微鏡光学系の焦点位置情報を取得する焦点位置情報取得部と
   を具備する焦点位置情報検出装置。
2. 請求項１に記載の焦点位置情報検出装置であって、
   前記ステージの前記光軸方向の座標を取得するステージ座標取得部をさらに具備し、
   前記光源制御部は、前記ステージ座標取得部によって取得される前記ステージの座標に基づいて前記光源を発光させる
   焦点位置情報検出装置。
3. 請求項２に記載の焦点位置情報検出装置であって、
   前記光源制御部は、前記ステージが所定の座標にあるときに、前記光源の発光間隔を変更する
   焦点位置情報検出装置。
4. 複数の画素ラインを有し、ローリングシャッタモードで動作する撮像素子と、
   前記撮像素子と顕微鏡光学系を介して対向し、前記顕微鏡光学系の光軸方向に移動可能なステージと、
   前記ステージを照明する光源と、
   前記光源を前記画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させる光源制御部と、
   前記ステージを移動させながら前記撮像素子によって撮像された画像に基づいて、前記顕微鏡光学系の焦点位置情報を取得する焦点位置情報取得部と、
   前記焦点位置情報取得部によって取得された焦点位置情報に基づき前記ステージの位置を調整する焦点調整部と
   を具備する顕微鏡装置。
5. 撮像対象物をステージに載置し、
   前記ステージを顕微鏡光学系の光軸方向に移動させながら、かつ、前記ステージを照明する光源を撮像素子が有する画素ラインの受光時間より長い間隔を空けて断続的に発光させながら、前記撮像素子により前記撮像対象物を撮像し、
   前記撮像素子によって撮像された画像に基づいて、前記顕微鏡光学系の焦点位置情報を取得する
   焦点位置情報検出方法。