KR20130051497A

KR20130051497A - 촬상장치

Info

Publication number: KR20130051497A
Application number: KR1020137008717A
Authority: KR
Inventors: 토모아키 카와카미; 토시히코 쓰지
Original assignee: 캐논 가부시끼가이샤
Priority date: 2010-09-10
Filing date: 2011-09-06
Publication date: 2013-05-20
Also published as: US9332166B2; US20130169859A1; CN103080809A; EP2614398A1; JP2012078784A; KR101466258B1; CN103080809B; WO2012033219A1; JP4975177B2

Abstract

촬상장치(1)는, 광원(110)을 구비하고 상기 광원으로부터의 광을 대상(B)에 인도하는 조명 광학계(100)와, 상기 대상을 촬상하기 위한 촬상광학계와, 상기 촬상광학계의 상면에 배치된 복수의 촬상소자(430)를 구비한다. 상기 조명 광학계는 복수의 인터그레이터(121, 122)를 구비한다. 상기 복수의 인터그레이터 중 하나로부터 사출되는 광속이 상기 복수의 촬상소자 중 적어도 하나를 조명하고, 나머지 인터그레이터로부터 사출되는 광이 상기 복수의 인터그레이터 중 상기 하나로부터 사출되는 광에 의해 조명된 상기 촬상소자 이외의 상기 복수의 촬상소자 중 적어도 하나를 조명한다.

Description

촬상장치{IMAGING APPARATUS}

본 발명은, 복수의 촬상소자를 사용하여 표본의 화상을 촬상하는 촬상장치의 구조에 관한 것이다.

최근, 표본 전체로부터 세포조직까지의 정보를 전자화 화상으로서 획득하여, 모니터에 표시시킬 수 있는 촬상장치가 주목받고 있다.

예를 들면, PCT 국제출원 공개용 일본어 번역문 2008-510201에는, 해상도가 높은 고배율로 촬영된 표본의 화상을 연결시켜서, 전체 표본 의 화상을 형성하는 방법이 개시되어 있다. 그렇지만, 이 방법에서는, 촬상을 여러 번 하여 하나의 표본의 화상 전체를 얻으므로, 시간이 걸린다. 일본국 공개특허공보 특개 2009-003016과 일본국 공개특허공보 특개 2009-063665 각각에는, 시야가 크고 해상도가 높은 대물렌즈와, 복수의 촬상소자에 의해 상기 표본을 고속 및 고배율로 촬상하여 표본의 화상을 형성하는 방법이 개시되어 있다.

도 2a 및 2b는, 복수의 촬상소자를 사용한 예를 나타낸다: 도 2a는 촬상 대상물을 나타내고, 도 2b는 촬상장치의 촬상부를 나타낸다. 도 2a에서, 촬상 대상물인 표본(225)은, 조명 영역(228)내에 표본 유지부(220)(예를 들면, 유리 슬라이드)에 놓인다. 도 2b에서, 상기 조명영역(228)의 화상은, 결상영역(228c)내에 형성되고, 촬상 대상물의 화상(225C)은 촬상소자(430)를 갖는 전기기판(420) 위에 놓인다. 도 2a에 나타낸 것처럼, (조명영역(228)내의) 표본에 대하여 광을 조명함으로써, (조명영역(228)내의) 복수의 촬상소자(430)를 갖는 전기기판(420) 위에 표본이 결상된다.

복수의 촬상소자(430)를 간격 없이 배치하는 것은 배선 때문에 곤란하여, 촬상소자간에는 간격이 있다. 그 때문에, 표본 혹은 촬상부를 여러 번 구동해서 변위하여, 변위된 위치마다 표본을 촬상한다. 복수의 촬상된 화상을 합성해서 전체 화상을 형성함으로써 표본 전체의 외형정보를 취득한다. 이 취득에서는, 큰 영역의 화상을 일괄적으로 촬상 가능하기에 충분할 수 있는 큰 촬상소자를 준비하는 것이 대단히 곤란하기 때문에, 복수의 촬상소자를 사용한다.

복수의 촬상소자를 사용하는 경우, 도 2a와 같이 일 표본을 광축을 따라 전체적이며 대칭적으로 조명할 때, 상면(image plane)에는 도 2b와 같이 각 촬상소자의 사이와 외측으로 연장되는 화상이 형성된다. 촬상소자의 사이와 외측에 화상 부분들을 형성하는데 사용된 광은, 전기기판과 기계부에 의해 상기 전기기판의 외부에 반사되고, 다른 전기기판, 기계부 및 촬상광학계의 렌즈들과 충돌한다. 이어서, 상기 광은, 플레어 등의 촬상에 대하여 바람직하지 못한 광으로서 촬상소자에 입사하기도 하여, 화질이 저하되기도 한다.

촬상소자의 사이와 외측에서 조명된 광은, 반사되지 않은 경우, 전기기판에 열로서 흡수된다. 촬상소자의 특성은 열에 따라 변해버림에 따라서, 이 열에 의해 화질이 저하해버릴 가능성이 있다.

PCT 국제출원 공개용 일본어 번역문 2008-510201 일본국 공개특허공보 특개 2009-003016 일본국 공개특허공보 특개 2009-063665

본 발명은, 복수의 촬상소자이외의 일부분을 조명하는 광으로 인한 화질의 저하를 막는 상기 복수의 촬상소자를 갖는 촬상장치를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 일 국면에 따른 촬상장치는, 광원을 구비하고 상기 광원으로부터의 광을 대상에 인도하는 조명 광학계, 상기 대상을 촬상하기 위한 촬상광학계, 및 상기 촬상광학계의 상면에 배치된 복수의 촬상소자를 구비한다. 상기 조명 광학계는 복수의 인터그레이터(integrator)를 구비한다. 상기 복수의 인터그레이터 중 하나로부터의 광속 사출이 상기 복수의 촬상소자 중 적어도 하나를 조명하고, 나머지 인터그레이터로부터의 광 사출이, 상기 복수의 인터그레이터 중 상기 하나로부터의 광 사출에 의해 조명된 촬상소자 복수의 촬상소자 중 적어도 하나를 조명한다.

본 발명의 또 다른 특징들 및 국면들은, 첨부도면을 참조하여 이하의 예시적 실시예들의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

본 명세서에 포함되고 그 일부를 구성하는 첨부도면들은, 본 발명의 예시적 실시예들, 특징들 및 국면들을 나타내고, 이 설명과 함께, 본 발명의 원리를 설명하는 역할을 한다.
도 1은, 본 발명에 따른 촬상장치 전체를 나타낸다.
도 2a 및 2b는, 광축을 따라 대칭적으로 영역을 조명했을 경우의 조명 상태를 각각 나타낸다.
도 3은, 옵티컬 인터그레이터부를 나타낸다.
도 4는, 옵티컬 인터그레이터부를 나타낸다.
도 5는, 옵티컬 로드(rod)에 의해 이루어진 인터그레이션(integration) 효과를 나타낸다.
도 6a 내지 6c는, 옵티컬 인터그레이터부, 표본부 및 촬상부의 조명 및 결상상태를 각각 나타낸다.
도 7a 내지 7f는, 여러 번의 촬상에 의해 표본 전체의 화상을 취득하는 모양을 나타낸다.
도 8a 내지 8f는, 여러 번의 촬상에 의해 표본 전체의 화상을 취득하는 모양을 나타낸다.
도 9a 내지 9c는, 옵티컬 인터그레이터부, 표본부 및 촬상부의 조명 및 결상상태를 각각 나타낸다.
도 10은, 촬상부에 있어서의 조명부와 촬상소자간의 관계를 나타낸다.
도 11은, 옵티컬 인터그레이터부를 나타낸다.
도 12는, 옵티컬 인터그레이터부를 나타낸다.
도 13a 및 13b는, 옵티컬 인터그레이터부를 각각 나타낸다.
도 14는, 광원 유닛을 나타낸다.
도 15a 및 15b는, 광원 유닛과 옵티컬 인터그레이터부를 나타낸다.
도 16a 및 16b는, 복수의 광원으로부터의 광이 하나의 옵티컬 로드에 입사하는 구조를 각각 나타낸다.
도 17은 복수의 광원 채널을 갖는 광원 유닛을 나타낸다.

이하, 본 발명의 여러 가지 예시적 실시예들, 특징들 및 국면들은, 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제1 예시적 실시예를 설명한다. 도 1은 본 예시적 실시예에 따른 촬상장치를 개략적으로 나타낸다. 도 1에 있어서, 촬상장치(1)는, 광원 유닛(110)을 갖는 조명 광학계(100)와, 표본부(200)를 구비한다. 조명 광학계(100)는, 광원 유닛(110)으로부터의 광속을, 촬상 대상물(225)이 배치되어 있는 피조명 대상B에 인도한다. 촬상장치(1)는, 대상에 배치된 대상물을 결상하기 위한 촬상광학계(300)와, 촬상광학계(300)의 상면에 복수의 촬상소자(430)를 배치한 촬상소자부(촬상부)(400)를 구비한다.

조명 광학계(100)는, 광원 유닛(110)과, 복수의 옵티컬 로드(121)(제1 인터그레이터 및 제2 인터그레이터)를 가지는 옵티컬 인터그레이터부(120)와, 미러(135)와 렌즈들을 포함한 공역광학계(130)로 구성된다. 광원 유닛(110)은, 표본부(200)에서의 표본을 조명하기 위한 광속을 방사하고, 1개 또는 복수의 할로겐 램프, 크세논 램프, 및 발광다이오드(ＬＥＤ)를 구비하여도 된다.

광원 유닛(110)은, 복수의 옵티컬 로드(121)에만 광을 공급한다. 예를 들면, 도 3에 나타나 있는 바와 같이, 광원 유닛(110)에 있어서, 광원(111)으로부터 방사된 발산 광을, 평행화 렌즈(112)로 평행화한다. 렌즈 어레이(113)를 사용하여 원하는 위치 및 각도로 광속을 모은다. 혹은, 도 4에 나타나 있는 바와 같이, 복수의 광원(111)을 전기기판(115) 위에 배치하여, 그 광원(111)으로부터 방사된 광속을, 그 광원(111)의 후단에 배치된 대응한 옵티컬 로드에 각각 입사한다. 복수의 광원(111)과 각 옵티컬 로드(121)의 사이에, 집광렌즈가 놓여도 된다.

옵티컬 로드는, 균일한 조명 영역을 제공하는 것이 알려져 있다. 도 5는, 그 구조의 개요를 나타낸다. 도 5에서, 옵티컬 로드(121)는, 길이가 L, 그 로드의 끝 한 변이 2r의 정방형이다. 광빔이 어떤 각도의 중심점P0에서의 로드 단면(end surface) "a"에 입사한다고 가정한다. 광빔이 광축에 대하여 α의 각도로 로드 단면 "a"에 입사하고, 광축에 대하여 α'의 각도로 상기 로드를 진행하면, α와 α'간의 관계: ｓｉｎα=ｎｓｉｎα'(여기서, 공기중의 광빔의 굴절률은 1, 로드의 굴절률은 n이다)의 관계가 있다. 광빔각도α'에 착안할 때, 0≤α'＜α1이라면, 광빔은, 로드 측면에 부딪히지 않고 로드 단면 "a"과는 반대인 로드 단면 "b"에 도달한다. 로드 단면 "b"로부터 보았을 경우, 이 광빔은 점P0로부터만 방사한 경우처럼 보인다.

α'≥α1의 경우에는, 광빔은 로드 측면에 부딪혀, 전반사된다. 광빔각도α'가 α1≤α'＜α2의 경우, 광빔은 로드 측면에서 한번만 전반사되지만, 로드 단면 b로부터 보여진 것처럼, 이 광빔은 점P1로부터 방사한 경우처럼 보인다. 달리 말하면, 광빔은, P0과는 다른 점에서 광빔이 발생해, 로드 단면 "b"를 조명하고 있는 것 같이 보인다. 광빔각도α'가 α2≤α'＜α3의 경우, 광빔은 로드 측면으로 2회 전반사되지만, 로드 단면 "b"로부터 보여진 것처럼, 이 광빔은 점P2로부터 방사한 경우처럼 보인다. 달리 말하면, 그 광빔은, P0 및 P1과는 다른 점에서 광빔이 방사해, 로드 단면 "b"를 조명하는 경우처럼 보인다.

로드내의 광빔의 반사 회수의 증가는, 로드 단면 "b"를 조명하는 허상의 수가 증가함에 따라서, 조명 점의 수를 증가시킨다. 이에 따라서, 로드내의 반사 회수의 증가는, 로드 단면 "b"에서의 조도의 균일도를 증가시키게 된다. 정성적으로는, 각도α'이 클수록, 사이즈r이 작을수록, 길이L이 클수록 반사 회수가 증가한다. 도 5에 나타낸 유리형 로드이외의 어떠한 부재도, 내면에서 광빔의 반사에 의해 사출면에서 균일한 조도를 제공하는 경우 사용되어도 된다. 예를 들면, 사각형의 구멍을 내부에 갖는 중공의 금속성 로드가 사용되어도 되고; 상기 구멍 내부에서는, 광빔이 상기 구멍의 측면의 미러의 동작에 의해 여러 번 반사됨에 따라서, 상기 구멍은 사출면에서 균일한 조도를 제공한다.

이것은, 광의 누설없이 내면에서의 광을 반사함으로써, 로드 사출면에서 균일한 조도를 제공하는 옵티컬 로드(121)의 구조다.

도 1에서, 옵티컬 인터그레이터부(120)는, 누설없이 광원 유닛(110)으로부터 방사된 광속을 도광하고, 각 옵티컬 로드(121)의 각각의 사출 단면에서 균일한 조도를 제공한다. 옵티컬 인터그레이터부(120)의 사출면을 면A라고 했을 때, 이 면A는, 도 6a에 나타나 있는 바와 같이, 복수의 옵티컬 로드(121)에 대응해서 이산적이고 균일한 조명 영역의 분포를 갖는다. 이 면A에는, 공역광학계(130)로 결상되어, 상기 피조명 대상B를 표본면으로서 조명한다. 공역광학계(130)에서, 상기 피조명 대상B에 촬상을 위해 균일한 조도가 제공되면, 상기 면A는 완전하게 상기 피조명 대상B와 공역한 위치에 반드시 배치되어 있지 않고, 대략 상기 피조명 대상B와 공역한 위치에 배치되어도 된다.

표본부(200)는, 표본 스테이지(210)와, 표본 유지부(220)를 구비한다. 표본 스테이지(210)는, 표본 유지부(220)를, 광축방향, 광축에 수직한 방향, 및 광축에 대하여 소정의 각도를 이루는 방향으로 움직일 수 있다. 표본 유지부(220)는, 유리 슬라이드, 표본(225)(도 6b), 및 유리 커버(미도시됨)로 구성되어, 피조명 대상B에 대응한 위치에 상기 표본(225)을 유지한다. 표본(225)은, 도 2a와 같이 광축을 따라 대칭적으로 조명되는 것이 아니고, 조명 영역(227)에 대응한 도 6b에 나타나 있는 바와 같이 이산적으로 조명되어 있다. 각 조명 영역(227)은 균일한 조도를 갖는다.

촬상광학계(300)는, 피조명 대상B에서 조명된 표본의 상을, 넓은 화각 및 높은 해상도로 촬상면C에 결상한다. 촬상면C에 있어서, 관찰하고 싶은 표본(225)은, 촬상광학계(300)에 의해, 상면C에 도 6c의 점선으로 도시한 바와 같이 상 225C로서 결상된다.

촬상부(400)는, 촬상 스테이지(410)와, 전기기판(420)과, 촬상소자(430)로 구성되어 있다. 촬상소자(430)는, 도 6c에 나타나 있는 바와 같이, 전기기판(420) 위에 간격을 두어서 배치되어 있고, 촬상 스테이지(410) 위에 촬상광학계(300)의 결상면C에 대응한 위치에 배치되어 있다. 촬상면C 위에는, 표본을 조명하는 각 영역 227C의 크기는, 촬상소자(430)의 크기와 같다. 도 6c에 나타나 있는 바와 같이, 제1 옵티컬 로드(제1 인터그레이터)는

제1 촬상소자를 나타내고, 제2 옵티컬 로드(제2 인터그레이터)는 상기 제1 옵티컬 로드(제1 인터그레이터)로 조명된 상기 제1 촬상소자이외의 제2 촬상소자를 나타낸다.

촬상광학계(300)의 배율이 β, 공역광학계(130)의 배율이 β', 촬상소자(430) 각각의 크기가 □T이면, 상기 로드 단면은 □T×(1/β)×(1/β')이 된다. 상기 로드 단면은, 각 촬상소자(430)에 상기 형성된 표본 화상이 □T×a(ｍｍ)(여기서 a> 1)의 크기를 갖도록, 약간의 여유를 가져도 된다. 이 경우에, 로드의 단면은, 도 6a에 나타나 있는 바와 같이, □T×a×(1/β)×(1/β')로 표현된 표면적을 갖는다. 그 결과, 촬상면C에는, 도 2b의 경우와 비교하여 촬상소자(430)가 배치되지 않고 있는 영역을 조명하는 광량을 저감하고, 도 6c와 같이 촬상소자(430)가 배치되어 있는 영역에 표본 대상물로부터의 광이 결상한다.

본 발명에 따른 촬상장치에서는, 광축과 직교하는 면내에 있어서, 서로에 대해 옵티컬 인터그레이터 사출면A와, 피조명 대상B와, 촬상면C 중 적어도 하나를 변위시켜서, 상기 대상 위에서 변위된 촬상 대상물을 여러 번 촬상한다.

도 7a 내지 7f는, 복수의 촬상소자(430)를 격자형으로 배치하고, 표본 유지부(220)를 경사 방향으로 변위시켜서, 변위할 때마다 촬영하고, 그 촬영된 화상을 합성하는 경우를 나타낸다. 도 7a～도 7c는, 표본 유지부(220)를 광축에 대하여 수직한 방향(즉, ＸＹ방향)으로, 각 촬상소자(430)의 유효치수의 절반 정도 변위했을 때의 촬상부(400)에서의 촬상소자(430)와 표본(225)의 상 225C간의 관계를 나타낸다.

도 7a의 위치에서 촬상소자(430)에 의해 표본(225)의 화상을 먼저 촬상한다. 표본(225)의 상 225C는 도 7d에 나타나 있는 바와 같이 촬상소자(430)가 배치된 이산 영역에만 촬상된다. 그 후, 표본 유지부(220)를 변위함으로써, 도 7b의 위치에 표본(225)을 배치하여 그 표본(225)의 제2화상을 촬상한다. 그 결과 얻어진 제2화상을 상기 제1화상과 조합하여, 도 7e에 나타낸 영역의 화상을 제공한다. 끝으로, 표본 유지부(220)를 더욱 변위시켜, 도 7c의 위치에 표본(225)을 배치시켜서 상기 표본(225)의 제3화상을 촬상한다. 그 결과 얻어진 제3화상을 상기 제1화상 및 제2화상과 조합하여, 촬상되는 영역 전체에 해당하는 도 7f에 나타낸 영역의 화상을 제공한다.

본 예시적 실시예에서는, 도 8a～도 8c와 같이, 복수의 촬상소자(430)를 지그재그 모양으로 배치하여도 된다. 이 경우에, 표본 유지부(220)를 X방향으로 촬상소자(430)의 Ｘ방향의 유효치수만큼 변위시켜서, 변위할 때마다 촬상하고, 그 촬상된 화상을 조합한다.

촬상소자(430)는, 표본 유지부(220)를 X방향으로 변위시키고 촬상을 반복할 때, 그 촬상소자(430)에 대응한 영역이 화상을 조합 가능하게 서로 겹치도록 배치된다. 추가로, 각각 직사각형을 갖는 촬상소자(430)에 대응한 도 8a 내지 8f에 나타낸 경우에 있어서, 각 옵티컬 로드(121)의 사출면은, 상기 촬상소자와 유사한 직사각형을 갖도록 구성된다. 각 옵티컬 로드(121)의 사출면의 형상을 각 촬상소자의 형상에 대응시킴으로써 촬상소자(430)의 영역 외부를 조사하는 광량을 저감하고, 또한 수광면적을 효과적으로 이용하게 된다. 여기에서 사용된 "대응시킨다"란, 예를 들면 촬상소자의 형상이 직사각형이나 육각형일 경우, 각 옵티컬 로드의 사출면의 형상도 그것에 맞춰서 직사각형이나 육각형으로 하는 것을 의미한다. 촬상소자의 형상과 각 옵티컬 로드의 사출면의 형상간의 상사성 또는 유사성은, 촬상소자의 수광면적을 보다 효과적으로 이용 가능하게 한다.

도 9a 내지 9c는, 옵티컬 인터그레이터 사출면A와, 대상B와, 상기한 경우의 촬상면의 조명을 나타낸다. 이 경우에도, 촬상광학계(300)의 배율이 β, 공역광학계(130)의 배율이 β'이다. 촬상소자(430)의 각 크기가 X방향으로 Ｔｘ, Y방향으로 Ｔｙ이면, 로드 단면의 Ｘ방향길이는 Ｔｘ×(1/β)×(1/β'), Y방향길이는 Ｔｙ×(1/β)×(1/β')이다.

도 8a의 위치에서 촬상소자(430)에 의해 표본(225)의 화상을 먼저 촬상한다. 표본(225)의 상 225C는 도 8d에 나타나 있는 바와 같이 촬상소자(430)가 배치된 이산 영역에만 촬상된다.

그 후, 표본 유지부(220)를 변위함으로써, 도 8b의 위치에 표본(225)을 배치하여 그 표본(225)의 제2화상을 촬상한다. 그 결과 얻어진 제2화상을 상기 제1화상과 조합하여, 도 8e에 나타낸 영역의 화상을 제공한다.

끝으로, 표본 유지부(220)를 더욱 변위시켜, 도 8c의 위치에 표본(225)을 배치시켜서 상기 표본(225)의 제3화상을 촬상한다. 그 결과 얻어진 제3화상을 상기 제1화상 및 제2화상과 조합하여, 촬상되는 영역 전체에 해당하는 도 8f에 나타낸 영역의 화상을 제공한다.

상술한 것처럼, 복수의 화상 데이터를 화상처리부(510)를 사용하여 합성하고, 그 합성된 화상을 기록부(530)에 격납하고, 화상표시부(520)에 표시한다.

본 예시적 실시예에 의하면, 복수의 옵티컬 인터그레이터로부터의 각 광속 사출이 각 촬상소자를 조명한다. 바꿔 말하면, 복수의 옵티컬 인터그레이터로부터의 각 광속 사출이 촬상광학계를 통해 얻어진 각 촬상소자의 각 공역상을 조명한다. 이 구조에 의해 촬상소자가 배열되어 있는 영역에 표본의 상을 결상하는 것이 가능해진다. 달리 말하면, 그 촬상소자이외의 촬상과 관련되지 않은 영역을 조명하는 광량을 저감할 수 있으므로, 플레어 등의 바람직하지 못한 촬영 광이 방지되어, 화질의 열화를 저감한다.

또한, 촬상부에 있어서의 예를 들면 전기기판에서의 반사와 흡수의 악영향을 감소시킬 수 있어, 전기배선과 기계부의 배치의 자유도가 향상한다. 기술적으로, 상기 조명영역은, 공역광학계(130)나 촬상광학계(300)에서 일어나는 수차 또는 디포커스로 인해 흐려지기도 하여서, 광속은 촬상소자 이외의 영역을 조명하기도 한다. 그렇지만, 블러(blur) 또는 그 블러 분포의 중첩에 영향을 받은 조명영역의 조도가 상기 촬상소자보다 낮게 유지되도록 설정되면, 한번에 표본을 전체 조명하는 경우와 비교하여, 광을 효과적으로 사용할 수 있고 산란하는 광으로 인한 화질의 열화를 감소시킬 수 있다.

한층 더, 필요한 영역에만 조명함으로써, 광원의 이용 효율을 높일 수도 있다. 광원은 온도에 의해 영향을 받을 수도 있어, 발광 파장 및/또는 발광량을 변화시킨다. 그렇지만, 그 향상된 광원의 이용 효율은, 광원의 특성변동에 관한 화질열화의 저감에 기여한다.

제2 예시적 실시예를 설명한다. 촬상광학계의 배율β, 공역광학계의 배율β', 및 촬상영역등의 제약이 촬상장치의 설계에 있을 경우, 상기 제1 예시적 실시예와는 달리 상기 로드들을 촬상소자들에 대응시키는 것이 어려운 경우도 있다. 이 경우에, 1개의 로드는 복수의 촬상소자에 대응하여도 된다. 예를 들면, 도 10과 같이, 촬상소자 4개를 포함하는 영역을 균일하게 조명하기 위해서, 1개의 로드는 촬상소자 4개를 조명해도 좋다. 또한, 이 구성은, 제1 예시적 실시예에서만큼 하지 않고, 모든 촬상소자가 촬상하는 전체 영역을 조명하는 종래의 구성과 비교하여 보다 많이, 화질에의 악영향을 경감할 수 있다.

제3 예시적 실시예를 설명한다. 상기 제1 및 제2 예시적 실시예에서는, 옵티컬 인터그레이터부(120)는 옵티컬 로드로 구성되지만, 그 로드 대신에 렌즈 어레이를 사용하여도 된다. 도 11은 렌즈 어레이를 포함한 옵티컬 인터그레이터부를 나타낸다.

도 11의 옵티컬 인터그레이터부는, 복수의 광원(111)을 구비한다. 각 광원(111)으로부터 광빔을 방사하고, 그 광빔을, 평행화 렌즈군(116)의 각 렌즈에서 평행화하고, 미소 렌즈들로 이루어진 렌즈 어레이(122)로 집광 혹은 산락시키고, 평행화 렌즈군(123)의 각 렌즈를 통과하여 옵티컬 로드 사출면에 해당하는 면A를 조명한다.

렌즈 어레이(122)는, X방향의 곡률과 Y방향의 곡률이 다른 토로이달(toroidal)면을 가진 직사각형의 렌즈가, 복수 서로 연결시켜서 구성되어 있다. 렌즈 어레이(122)의 각 렌즈는, 도 12에 나타나 있는 바와 같이 원형 이 아니고 직사각형이고, 2개의 방향으로 곡률이 달라서 조명면의 ｘ방향의 크기(ｘＡ)와 y방향의 크기(ｙＡ)를 바꾸어, 조명되는 촬상소자의 크기에 따라 각 렌즈를 통과하는 광을 정형한다. 혹은, 렌즈 어레이(122)는, 도 13에 나타나 있는 바와 같이 한쪽에 일방향으로만 곡률을 갖는 실린드리칼면을 갖고 또 한쪽에 평면을 갖는, 실린드리칼 렌즈들로 구성되어도 된다. 이 경우에, X방향에서 보면, 도 13a에 나타낸 것처럼, 실린드리칼 렌즈 각각은 X방향으로 곡률을 갖는 면을 갖고, 나머지는 평면을 갖는다고 간주한다. 반면에, Y방향에서 보면, 도 13b에 나타낸 것처럼, 실린드리칼 렌즈 각각은 평면을 갖고, 나머지는 Y방향으로 곡률을 갖는다고 간주한다.

도 11에서, 렌즈 어레이(122)는 평행화 렌즈 군(123)으로부터 초점거리f의 거리에 설치되고, 그 평행화 렌즈 군(123)은 조명되는 면A로부터의 초점거리f의 거리에 설치된다. 렌즈 어레이(122)의 복수의 렌즈를 통과하는 광속은, 평행화 렌즈 군(123)의 각 렌즈에 입사해(도 11의 광빔으로서 도시된 것처럼), 면A에 서로 중첩되어, (쾰러(Kohler) 조명계에 의해) 균일한 조명을 형성한다. 이 경우에, 면A에 있어서, 각 광원에 대응해서 쾰러 조명계 의해 균일하게 조명된 조명영역은, 이산적으로 형성된다.

면A에는 공중 화상을 형성한다. 이에 따라, 공역광학계를 제거해서 면A와 대상B를 조합하여도 되거나, 설계 조건에 따라 변배 광학계로서 공역광학계를 사용하여도 된다. 이러한 구성은, 도 6c에 나타나 있는 바와 같이, 이산적으로 배치된 촬상소자의 크기와 배치에 따라, 이산적이고 균일한 조명영역을 형성한다. 그 결과, 촬상소자부이외의 영역을 조명하는 광량을 저감할 수 있어, 플레어와 화질의 열화를 방지한다.

제4 예시적 실시예를 설명한다. 상술한 것처럼, 각 촬상소자에서의 동일한 촬영 조건으로 고품질의 화상을 얻기 위해서, 균일한 조도가 중요하다.

이 촬영 조건은, 화상을 받는 촬상소자마다, 조도 변동, 촬상소자 특성의 변동, 광학계의 투과율 변동에 영향을 받는다. 이에 따라, 요구된 화질에 따라서, 그 변동을 정확하게 보정할 필요가 있다. 다음과 같이 그 변동을 보정할 수 있다.

조도 변동, 투과율 변동, 및 촬상소자 특성 변동은, 각 촬상소자에 화상으로서 결상되는 물체(즉, 표본 225)로부터의 광을 같은 조건으로 조절하여서 보정할 수 있다. 이렇게 하여, 촬상 전에, 상기 대상B는, 그 대상B에 아무것도 두지 않거나, 표본이 없는 유리평판을 삽입한 상태에서, 미리 조명된다. 반면에, 촬상소자의 어떠한 변동으로도, 촬상소자의 각 화상간의 차이가 검출된다.

그 차이가 검출되는 경우, 그 차이를 예를 들면, 모든 촬상소자에 대하여 이득의 변경을 통해 소프트웨어로 교정해 보정함으로써, 다음번의 촬상에서 그 차이가 보정된다. 또는, 그 차이에 의한 촬영 결과를 광원의 발광량에 피드백 하고, 제어부(510)(도 1에 도시됨)에서 광원을 제어하여 광량을 교정해도 된다. 광원으로부터의 발광량은, 신속히 전환될 수 있는 ＬＥＤ에 흐르는 전류량을 제어하거나, ＬＥＤ를 신속히 Ｏｎ/Ｏｆｆ시켜서 ＬＥＤ에 흐르는 전류의 비율을 변경함으로써, 제어될 수 있다.

상기 교정 후, 표본을 촬상한다. 이러한 준비에 의해 이산적 조명부 각각에서 균일한 조도로 조명할 수 있어, 화질을 향상하게 된다.

별도로 준비된 광측정장치에 의한 계측결과를 사용하여 상기 변동을 보정하여도 된다. 예를 들면, 도 14에 나타나 있는 바와 같이, 공역광학계(130)내에 하프 미러(135)를 사용하여, 표본부B와 등가인 면B'에 배치된 적어도 하나의 광량 모니터(136)에 의해 측정된 광속의 일부를 투과시킨다. 복수의 모니터는, 각각의 로드에 대응하도록 배치되거나, 대형의 촬상소자는 광량 모니터(136)로서 배치되어도 된다. 대형의 촬상소자를 배치하는 경우에는, 상기 광량 모니터(136)는, 각 조명 영역으로 분할되어, 각 영역의 누적된 조도는 촬상소자의 조도로서 산출된다. 공역광학계(130)는, 전방 렌즈군(131)과 후방 렌즈군(132)을 포함한다.

혹은, 상기 로드에 입사하기 전의 광량을 측정해도 좋다. 도 15a 및 15b는, 광원(111)으로부터의 광빔을 렌즈 어레이112a로 평행화하여, 그 광빔들을 렌즈 어레이112b로 집광하는 광학계를 나타낸다. 도 15a는 그 광학계의 측면도이며, 도 15b는 평면도다. 렌즈 어레이112a와 렌즈 어레이112b의 사이에, 하프 미러(118)를 설치해서 광빔을 분할하여, 그 분할된 광빔을 광측정장치(117)에 의해 측정한다. 그 측정은, 도 15a 및 15b와 같이 복수의 광측정장치(117)에 의해 행해져도 되거나, 또는, 각 영역의 조도가 그 조도를 누적하여서 산출되도록 각 로드에 대응한 조명 영역으로 분할된 대형의 촬상소자에 의해 행해져도 된다.

도 14 및 도 15a 및 15b에서는, 로드 인터그레이터를 사용하지만, 하프 미러와 광측정장치로 광량을 측정할 때 렌즈 어레이를 사용하여도 된다. 상술한 것처럼, 복수의 로드 인터그레이터를 갖는 구성에 있어서, 각 로드의 단면에 광빔을 공급할 필요가 있다. 광원을 빈번하게 대체하기 않기 위해서, 광원부는, 복수의 광원으로부터 1개의 로드에 광빔을 공급하도록 구성되어도 된다.

도 16a, 16b 및 도 17은 이러한 구성을 도시한 것이다. 도 16a는 복수의 광원(111)이 광빔을 1개의 로드 인터그레이터(121)에 방사하는 경우를 나타내는 측면도다. 도 16b는 광원(111)의 자유 단면에서 보여진 것처럼 광원(111)과 로드 인터그레이터(121)간의 위치 관계를 나타내는 정면도다. 도 16a, 16b에서, 각각 복수의 광원(예를 들면, 도 16a, 16b에서는 4개)을 갖는 광 유닛으로 이루어진 군(예를 들면, 도 16a, 16b에서 16개의 세트)에는, 광원으로부터의 광빔을 1개의 로드 인터그레이터에 공급하기 위해 상기 로드 인터그레이터의 배치에 적합한 기판이 구비되어 있다.

이 경우에, 복수의 소형의 광원은, 대형의 광원 대신에 사용된다. 이에 따라 프리즘 등의 광원 조합부가 필요하지 않고, 그 구성은 냉각기구도 소형 기구도 필요하지 않다. 따라서, 이러한 구성은 광원 교체 빈도를 줄이고, 광원부의 크기를 줄인다.

도 17은, 광원부(110)에는 복수의 광원 채널이 구비되고, 각 채널이 광량을 조정할 수 있는 구성을 나타낸다. 복수의 파이버(fiber) 다발(114)은, 광원부(110)로부터 연장되어 상기 로드 인터그레이터(121)에 도광한다. 이러한 예시적 예시에서는, 광원부의 크기가 상기 파이버 다발로 인한 상기의 경우보다 크지만, 광선의 도시는 용이하게 행해짐에 따라서, 파이버 다발이 상기 로드 인터그레이터에 도광할 수 있도록 상기 광원부를 상기 촬상장치에 적절하게 배치하여서 장치 전체의 크기 증대를 막을 수 있다. 상기와 같이 복수의 광원에 의한 광량의 증가에 의해서도, 열에 의해 생긴 광량의 변동과 광원의 개개의 특성의 영향이 1개의 광원으로 광량을 증가시키는 경우보다 크지 않기 때문에, 화질이 일관되게 된다(화질의 열화가 방지되게 된다).

본 발명을 예시적 실시예들을 참조하여 기재하였지만, 본 발명은 상기 개시된 예시적 실시예들에 한정되지 않는다는 것을 알 것이다. 아래의 청구항의 범위는, 모든 변형, 동등한 구조 및 기능을 포함하도록 아주 넓게 해석해야 한다.

본 출원은, 여기서 전체적으로 참고로 포함된, 2010년 9월 10일에 제출된 일본국 특허출원번호 2010-203158과 2011년 6월 20일에 제출된 2011-136534를 우선권 주장한다.

Claims

광원을 구비하고 상기 광원으로부터의 광을 대상에 인도하는 조명 광학계;
상기 대상을 촬상하기 위한 촬상광학계; 및
상기 촬상광학계의 상면(image plane)에 배치된 복수의 촬상소자를 구비하고,
상기 조명 광학계는 복수의 인터그레이터(integrator)를 구비하고,
상기 복수의 인터그레이터 중 하나로부터의 광 사출이 상기 복수의 촬상소자 중 적어도 하나를 조명하고,
나머지 인터그레이터로부터의 광 사출이, 상기 복수의 인터그레이터 중 상기 하나로부터의 광 사출에 의해 조명된 상기 촬상소자 이외의 상기 복수의 촬상소자 중 적어도 하나를 조명하는, 촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 인터그레이터 중 상기 하나로부터의 광 사출과 나머지 인터그레이터로부터의 광 사출이, 상기 촬상광학계의 상면에 서로 중첩되지 않는, 촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 인터그레이터는, 내면반사를 여러 번 행하는 로드(rod) 인터그레이터인, 촬상장치.
제 3 항에 있어서,
상기 복수의 로드 인터그레이터에 의해 복수의 이산적 조명영역을 형성하는, 촬상장치.
제 4 항에 있어서,
상기 복수의 로드 인터그레이터의 각 사출면으로부터의 광 사출이 상기 복수의 촬상소자의 각각을 각각 조명하고,
상기 복수의 로드 인터그레이터의 각 사출면의 형상 각각은, 상기 사출면 각각으로부터의 광 사출이 조명하는 상기 복수의 촬상소자의 형상의 각각에 대응하는, 촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 인터그레이터는 복수의 렌즈 어레이로 구성되고, 쾰러(Kohler) 조명계에 의해 이산적 조명영역을 형성하는, 촬상장치.
제 6 항에 있어서,
상기 복수의 렌즈의 상기 조명영역 각각으로부터의 광 사출이, 상기 복수의 촬상소자를 각각 조명하고,
상기 복수의 렌즈 어레이에 의해 형성된 상기 조명영역 각각의 형상은, 상기 복수의 조명영역으로부터의 광 사출이 인도되는 상기 복수의 촬상소자의 형상의 각각에 각각 대응하는, 촬상장치.
제 4 항에 있어서,
상기 광원은, 상기 복수의 인터그레이터에 의해 형성된 복수의 이산적 조명영역에 개별적으로 광을 공급하는, 촬상장치.
제 8 항에 있어서,
상기 복수의 촬상소자에 입사하는 광량을 측정하는 계측부; 및
상기 계측부에 의해 얻어진 계측결과에 의거하여 상기 복수의 촬상소자의 각각에 입사하는 광량을 제어하는 제어부를 더 구비한, 촬상장치.
제 9 항에 있어서,
상기 제어부는, 상기 복수의 촬상소자의 각각에 입사하는 광량의 변동이 감소되도록 제어하는, 촬상장치.
제 9 항에 있어서,
상기 계측부는, 상기 촬상소자로 구성된, 촬상장치.
제 9 항에 있어서,
상기 계측부는, 상기 대상과 공역한 면에 배치된 광측정장치로 구성된, 촬상장치.
제 1 항에 있어서,
상기 촬상되는 대상에 배치된 대상물과 상기 복수의 촬상소자 사이의 상대위치를 광축에 수직한 방향으로 변경하면서 대상물의 화상을 여러 번 촬상함으로써, 1개의 화상을 취득하는, 촬상장치.