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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023076268
(43)【公開日】2023-06-01
(54)【発明の名称】観察装置
(51)【国際特許分類】
G02B 21/06 20060101AFI20230525BHJP
G02B 21/36 20060101ALI20230525BHJP
G01N 21/01 20060101ALI20230525BHJP
G01N 21/17 20060101ALI20230525BHJP
H04N 23/56 20230101ALI20230525BHJP
H04N 23/60 20230101ALI20230525BHJP
【ＦＩ】
G02B21/06
G02B21/36
G01N21/01 D
G01N21/17 A
H04N5/225 600
H04N5/232 290
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021189593
(22)【出願日】2021-11-22
(71)【出願人】
【識別番号】322004393
【氏名又は名称】株式会社エビデント
(74)【代理人】
【識別番号】100121083
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 宏義
(74)【代理人】
【識別番号】100138391
【弁理士】
【氏名又は名称】天田 昌行
(74)【代理人】
【識別番号】100074099
【弁理士】
【氏名又は名称】大菅 義之
(74)【代理人】
【識別番号】100182936
【弁理士】
【氏名又は名称】矢野 直樹
(72)【発明者】
【氏名】細野 翔大
【テーマコード（参考）】
2G059
2H052
5C122
【Ｆターム（参考）】
2G059AA05
2G059EE02
2G059FF01
2G059GG03
2G059KK04
2H052AC04
2H052AC06
2H052AC33
2H052AD05
2H052AD18
2H052AD20
2H052AF14
2H052AF25
5C122EA42
5C122FD02
5C122FH09
5C122FH18
5C122GE11
5C122GG01
5C122HA88
5C122HB01
5C122HB05
(57)【要約】
【課題】様々な試料を良好に観察可能な技術を提供する。
【解決手段】観察装置は、試料Ｓを撮像する撮像部と、試料Ｓの光学像を撮像部へ投影する観察光学系と、観察光学系の光軸に対して互いに異なる角度で試料Ｓへ照明光を照射する複数の照明部（照明部２４１、照明部２４２、照明部２４３）と、複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えて撮像部で撮像した試料Ｓの複数の画像を取得する制御部と、を備える。
【選択図】図３
【解決手段】観察装置は、試料Ｓを撮像する撮像部と、試料Ｓの光学像を撮像部へ投影する観察光学系と、観察光学系の光軸に対して互いに異なる角度で試料Ｓへ照明光を照射する複数の照明部（照明部２４１、照明部２４２、照明部２４３）と、複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えて撮像部で撮像した試料Ｓの複数の画像を取得する制御部と、を備える。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
試料を撮像する撮像部と、
前記試料の光学像を前記撮像部へ投影する観察光学系と、
前記観察光学系の光軸に対して互いに異なる角度で前記試料へ照明光を照射する複数の照明部と、
複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えて前記撮像部で撮像した前記試料の複数の画像を取得する制御部と、を備える
ことを特徴とする観察装置。
前記試料の光学像を前記撮像部へ投影する観察光学系と、
前記観察光学系の光軸に対して互いに異なる角度で前記試料へ照明光を照射する複数の照明部と、
複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えて前記撮像部で撮像した前記試料の複数の画像を取得する制御部と、を備える
ことを特徴とする観察装置。
【請求項2】
請求項１に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記複数の照明状態へ順番に切り替えて取得した前記複数の画像に基づいて、前記試料の新たな画像を生成する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記複数の照明状態へ順番に切り替えて取得した前記複数の画像に基づいて、前記試料の新たな画像を生成する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項3】
請求項１に記載の観察装置において、さらに、
前記試料と前記観察光学系の間の距離を変更する焦準部を備え、
前記制御部は、前記焦準部に前記距離を変更させる第１の処理と、前記第１の処理後に前記複数の照明状態へ順番に切り替えて前記複数の画像を取得する第２の処理とを、繰り返す
ことを特徴とする観察装置。
前記試料と前記観察光学系の間の距離を変更する焦準部を備え、
前記制御部は、前記焦準部に前記距離を変更させる第１の処理と、前記第１の処理後に前記複数の照明状態へ順番に切り替えて前記複数の画像を取得する第２の処理とを、繰り返す
ことを特徴とする観察装置。
【請求項4】
請求項３に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像に基づいて、全焦点画像又は三次元画像である前記試料の新たな画像を生成する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像に基づいて、全焦点画像又は三次元画像である前記試料の新たな画像を生成する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項5】
請求項４に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値に基づいて決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値に基づいて決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項6】
請求項４又は請求項５に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項7】
請求項４又は請求項５に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値のうちの閾値以下で最も高い値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値のうちの閾値以下で最も高い値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項8】
請求項４又は請求項５に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の中から、利用者の選択に従って決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の中から、利用者の選択に従って決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項9】
請求項４に記載の観察装置において、
前記制御部は、
前記試料の領域毎の高さを算出し、
前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値に基づいて、決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、
前記試料の領域毎の高さを算出し、
前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値に基づいて、決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項10】
請求項９に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項11】
請求項９に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値のうちの閾値以下で最も高い値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値のうちの閾値以下で最も高い値に決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項12】
請求項９に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の中から、利用者の選択に従って決定する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記試料の領域毎に、前記新たな画像の当該領域に対応する画素値を、算出した当該領域の高さに合焦しながら前記複数の照明状態で取得した前記複数の画像の当該領域に対応する画素値の中から、利用者の選択に従って決定する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項13】
請求項３に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像を、表示部に一覧表示する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像を、表示部に一覧表示する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項14】
請求項１３に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記表示部に一覧表示された前記複数の画像からの利用者による１枚の画像の選択に応じて、前記焦準部を制御して前記試料と前記観察光学系の間の前記距離を選択された前記１枚の画像に対応する距離に変更し、前記複数の照明部の少なくとも一部を制御して選択された前記１枚の画像に対応する照明状態へ切り替える
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記表示部に一覧表示された前記複数の画像からの利用者による１枚の画像の選択に応じて、前記焦準部を制御して前記試料と前記観察光学系の間の前記距離を選択された前記１枚の画像に対応する距離に変更し、前記複数の照明部の少なくとも一部を制御して選択された前記１枚の画像に対応する照明状態へ切り替える
ことを特徴とする観察装置。
【請求項15】
請求項１３に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記表示部に一覧表示された前記複数の画像の中から利用者が前記試料と前記観察光学系の間の前記距離毎に選択した画像に基づいて、全焦点画像又は三次元画像である前記試料の新たな画像を生成する
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記表示部に一覧表示された前記複数の画像の中から利用者が前記試料と前記観察光学系の間の前記距離毎に選択した画像に基づいて、全焦点画像又は三次元画像である前記試料の新たな画像を生成する
ことを特徴とする観察装置。
【請求項16】
請求項３に記載の観察装置において、
前記制御部は、
前記焦準部が前記距離を一定の間隔で変更する第３の処理と、前記第３の処理後に前記複数の照明部の全てが点灯状態にある全灯照明状態で画像を取得する第４の処理とを、繰り返し、
前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像に基づいて、前記試料の領域毎の高さを算出し、
前記第１の処理において、前記焦準部に前記距離を算出した高さに応じた距離に変更させる
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、
前記焦準部が前記距離を一定の間隔で変更する第３の処理と、前記第３の処理後に前記複数の照明部の全てが点灯状態にある全灯照明状態で画像を取得する第４の処理とを、繰り返し、
前記第１の処理と前記第２の処理とを繰り返すことで取得した前記複数の画像に基づいて、前記試料の領域毎の高さを算出し、
前記第１の処理において、前記焦準部に前記距離を算出した高さに応じた距離に変更させる
ことを特徴とする観察装置。
【請求項17】
請求項３に記載の観察装置において、
前記制御部は、前記第１の処理において、前記焦準部に前記距離を一定の間隔で変更させる
ことを特徴とする観察装置。
前記制御部は、前記第１の処理において、前記焦準部に前記距離を一定の間隔で変更させる
ことを特徴とする観察装置。
【請求項18】
請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記複数の照明部の各々は、前記光軸を中心に環状に配列された複数の発光素子、又は、前記光軸を中心としたリング形状を有する発光素子を含む
ことを特徴とする観察装置。
前記複数の照明部の各々は、前記光軸を中心に環状に配列された複数の発光素子、又は、前記光軸を中心としたリング形状を有する発光素子を含む
ことを特徴とする観察装置。
【請求項19】
請求項１乃至請求項１７のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記複数の照明部の各々は、入射した光を導光する複数の導光体であって各々の出射端は前記光軸を中心に環状に配列される複数の導光体、又は、入射した光を導光する導光体であって前記光軸を中心とした環状の出射端を有する導光体を含む
ことを特徴とする観察装置。
前記複数の照明部の各々は、入射した光を導光する複数の導光体であって各々の出射端は前記光軸を中心に環状に配列される複数の導光体、又は、入射した光を導光する導光体であって前記光軸を中心とした環状の出射端を有する導光体を含む
ことを特徴とする観察装置。
【請求項20】
請求項１乃至請求項１９のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記複数の照明部は、前記光軸から異なる距離離れた位置に配置される
ことを特徴とする観察装置。
前記複数の照明部は、前記光軸から異なる距離離れた位置に配置される
ことを特徴とする観察装置。
【請求項21】
請求項１乃至請求項２０のいずれか１項に記載の観察装置において、
前記複数の照明部は、前記光軸を中心とした同心円状に配置される
ことを特徴とする観察装置。
前記複数の照明部は、前記光軸を中心とした同心円状に配置される
ことを特徴とする観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書の開示は、観察装置に関する。
【背景技術】
【0002】
顕微鏡で使用される観察法として、光軸に対して傾斜した方向から試料に照明光を照射する偏斜観察や暗視野観察が知られている。これらの観察法に関連する技術は、例えば、特許文献１、特許文献２に記載されている。
【0003】
特許文献１には、複数の発光素子を環状に配置したリング照明部により照明した試料を、光軸に対して偏心した位置に開口部を有する絞りを介して観察する観察装置が記載されている。特許文献１に記載の観察装置では、照明方向と観察方向を独立に調整することができる。
【0004】
特許文献２には、出射方向が互いに異なる光を観察対象物に照射する投光部を有する拡大観察装置が記載されている。特許文献２に記載の拡大観察装置では、複数の出射方向の光がそれぞれ観察対象物に照射されたときの観察対象物の画像を示す複数の画像データを生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２００９－１７５３１６号公報
【特許文献2】特開２０１８－０１３７３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
ところで、上述した偏斜観察や暗視野観察では、光軸に対して傾斜した方向から試料に照明光を照射することで、通常の照明条件下では良好なイメージングが難しい試料のコントラストを強調することができる。しかしながら、最適な照射角度は試料によってさまざまであり、また、同じ試料内でも場所によって異なり得る。
【0007】
例えば、深い溝のある試料の場合、照射角度が大きすぎると溝の底面に照明光が照射されず、底面を良好に可視化できない。一方で、照明角度が小さすぎると試料全体のコントラストが低下して立体感のある画像が得られない。
【0008】
以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、様々な試料を良好に観察可能な技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様に係る観察装置は、試料を撮像する撮像部と、前記試料の光学像を撮像部へ投影する観察光学系と、前記観察光学系の光軸に対して互いに異なる角度で前記試料へ照明光を照射する複数の照明部と、複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えて前記撮像部で撮像した前記試料の複数の画像を取得する制御部と、を備える。
【発明の効果】
【0010】
上記の態様によれば、様々な試料を良好に観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】観察装置１０の構成を例示した図である。
【図2】照明装置２４の構成を例示した図である。
【図3】照明光の照射角度の違いについて説明するための図である。
【図4】試料Ｓの形状を例示した図である。
【図5】観察装置１０が行う処理の一例を示すフローチャートである。
【図6】合成画像について説明するための図である。
【図7】照明装置２８の構成を例示した図である。
【図8】照明装置２９の構成を例示した図である。
【図9】観察装置１０が行う第１の実施形態に係る処理のフローチャートである。
【図10】アプリケーション画面の一例である。
【図11】プレスキャンを説明するための図である。
【図12】高さ算出を説明するための図である。
【図13】合成画像用の画像取得を説明するための図である。
【図14】画像合成方法の一例を説明する図である。
【図15】画像合成方法の別の例を説明する図である。
【図16】ピッチ送りモードにおける画像取得を説明するための図である。
【図17】観察装置１０が行う第２の実施形態に係る処理のフローチャートである。
【図18】アプリケーション画面の別の例である。
【図19】観察装置１０が行う第３の実施形態に係る処理のフローチャートである。
【図20】観察装置１０が行う第４の実施形態に係る処理のフローチャートである。
【図21】アプリケーション画面のさらに別の例である。
【図22】制御装置３０を実現するためのコンピュータ１００のハードウェア構成を例示した図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
図１は、観察装置１０の構成を例示した図である。観察装置１０は、顕微鏡２０と、顕微鏡２０を制御する制御装置３０と、表示装置４０と、入力装置５０を備えている。
【0013】
顕微鏡２０は、光学ヘッド２１と、光源２２と、観察光学系２３と、照明装置２４と、ステージ２５と、フレーム２６と、デジタルカメラ２７を含む。光源２２とデジタルカメラ２７は、ハーフミラー、ダイクロイックミラー、偏光ビームスプリッタなどの光路分割素子（スプリッタ）とともに光学ヘッド２１内に設けられる。スプリッタで分岐した光路の一方に光源２２が配置され、他方にデジタルカメラ２７が配置される。
【0014】
光学ヘッド２１は、フレーム２６に保持されている。光学ヘッド２１は、試料Ｓと観察光学系２３の間の距離を変更する焦準部の一例であり、フレーム２６に保持された状態で対物レンズ２３１の光軸と平行なＺ方向に移動可能である。光学ヘッド２１のＺ方向への移動は、制御装置３０によって制御される。制御装置３０は、例えば、フレーム２６に固定されたリニアスケールの位置情報を光学ヘッド２１に固定されたスケールヘッドで読み出すことで光学ヘッド２１のＺ方向の位置を検出しながら、光学ヘッド２１の移動を制御する。
【0015】
光源２２は、落射照明用の光源であり、例えば、白色ＬＥＤである。キセノンランプ、ハロゲンランプなどであってもよい。光源２２から出射した照明光は、照明レンズでコリメートされる。コリメートされた照明光は、スプリッタで反射し、対物レンズ２３１を介してステージ２５に配置された試料Ｓに照射される。
【0016】
観察光学系２３は、照明光が照射された試料Ｓの光学像をデジタルカメラ２７へ投影する。観察光学系２３は、例えば、対物レンズ２３１と結像レンズを含んでいる。対物レンズ２３１は、レボルバで切り替え可能である。複数の異なる倍率の対物レンズがレボルバに装着されてもよく、ユーザの選択に応じて複数の対物レンズの中から任意の対物レンズが光路上に配置されてもよい。
【0017】
デジタルカメラ２７は、試料を撮像する撮像部の一例である。デジタルカメラ２７は、撮像素子を含んでいる。撮像素子は、例えば、ＣＭＯＳイメージセンサであるが、ＣＣＤイメージセンサであってもよい。デジタルカメラ２７は、試料を撮像し、試料の画像を制御装置３０へ出力する。以降では、後述する合成画像と区別するため、デジタルカメラ２７で生成された画像を、必要に応じて撮像画像と記す。
【0018】
試料Ｓが配置されるステージ２５は、ＸＹステージ２５ａとＺステージ２５ｂを含む。ＸＹステージ２５ａは、例えば、電動ステージであり、制御装置３０によって対物レンズ２３１の光軸と直交するＸＹ方向の位置が制御される。ＸＹステージ２５ａは、Ｚステージ２５ｂ上に設けられる。
【0019】
Ｚステージ２５ｂは、試料Ｓと観察光学系２３の間の距離を変更する焦準部の一例である。Ｚステージ２５ｂは、例えば、手動ステージであり、図示しないハンドルでＺ方向の位置を調整可能である。なお、ＸＹステージ２５ａ、Ｚステージ２５ｂは、この例に限らず、それぞれ電動ステージであっても手動ステージであってもよい。
【0020】
照明装置２４は、対物レンズ２３１経由で行われる落射照明よりも大きな入射角で試料に照明光を照射するリング照明装置である。照明装置２４は、例えば、対物レンズ２３１のレンズ鏡筒の外側を取り囲むように配置される。照明装置２４の構成の詳細については後述する。
【0021】
制御装置３０は、顕微鏡２０を制御する装置であり、観察装置１０の制御部の一例である。制御装置３０は、複数の装置により構成されてもよい。制御装置３０は、例えば、主に顕微鏡２０の電動部の動作制御を担う顕微鏡コントローラと、主に顕微鏡２０で取得した画像に対する画像処理を担う汎用コンピュータと、を含んでもよい。
【0022】
表示装置４０は、観察装置１０の表示部の一例である。例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイを含む、任意のディスプレイである。入力装置５０は、キーボード、マウス、タッチパッド、ジョイスティックなどの任意の入力装置である。また、入力装置５０は、ステージ２５や光学ヘッド２１を操作するためのハンドルやスイッチなどであってもよい。
【0023】
観察装置１０では、顕微鏡２０は、制御装置３０の制御下で、光源２２を用いた落射照明と照明装置２４を用いたリング照明を実行可能である。制御装置３０は、観察時に顕微鏡２０に落射照明とリング照明の一方のみを実行させ、顕微鏡２０を用いて取得した画像を表示装置４０に表示してもよい。また、制御装置３０は、観察時に顕微鏡２０に落射照明とリング照明の両方を同時に実行させ、顕微鏡２０を用いて取得した画像を表示装置４０に表示してもよい。即ち、観察装置１０は、落射照明による明視野観察を実行してもよく、リング照明による暗視野観察を行ってもよく、落射照明とリング照明による所謂ＭＩＸ観察を実行してもよい。
【0024】
【0025】
照明装置２４は、対物レンズ２３１（観察光学系２３）の光軸に対して互いに異なる角度で試料Ｓへ照明光を照射する複数の照明部（照明部２４１、照明部２４２、照明部２４３）を含んでいる。
【0026】
複数の照明部は、図２及び図３に示すように、異なる角度で試料Ｓへ照明光を照射するため、光軸から異なる距離離れた位置に配置されている。より具体的には、複数の照明部は、同じ高さの位置に、対物レンズ２３１（観察光学系２３）の光軸を中心とした同心円状に配置されている。複数の照明部は、光軸に近い方から、照明部２４３、照明部２４２、照明部２４１の順に並んでいて、それぞれ、入射角θ３、θ２、θ１（θ３＜θ２＜θ１）の照明光を試料Ｓに照射する。
【0027】
複数の照明部の各々は、円環形状を有していて、光軸を中心に円環状に配列された複数の発光素子２４０を含んでいる。より具体的には、複数の発光素子２４０の各々は、光軸を中心とする周方向に一定の間隔で配列されている。なお、発光素子は、例えば、白色ＬＥＤである。
【0028】
照明装置２４は、例えば、対物レンズ２３１を取り囲むように対物レンズ２３１の外周部に固定されるが、必ずしも対物レンズ２３１に直接固定される必要はない。照明装置２４は、例えば、レボルバやその他の構成に固定されてもよい。
【0029】
どの照明部が試料Ｓへ照明光を照射しているかによって定義される照明装置２４の状態（以降、照明状態と記す）は、制御装置３０によって制御される。制御装置３０は、少なくとも照明部単位で発光素子２４０の発光を制御可能であり、複数の照明部を一つずつ点灯状態へ制御することで、複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えてもよい。制御装置３０は、例えば、照明部２４１、照明部２４２、照明部２４３の順に、複数の照明部を１つずつ順番に点灯状態へ制御することで、点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えてもよい。なお、制御装置３０は、複数の照明部の２つ以上を同時に点灯状態へ制御してもよく、全ての照明部を同時に点灯状態に制御してもよい。
【0030】
図４は、試料Ｓの形状を例示した図である。図４を参照しながら、複数の照明状態を切り替えるメリットについて説明する。なお、ここでは、照明部２４１のみが点灯状態にある照明状態を第１の照明状態、照明部２４２のみが点灯状態にある照明状態を第２の照明状態、照明部２４３のみが点灯状態にある照明状態を第３の照明状態とする場合を例に説明する。
【0031】
第１の照明状態では、大きな入射角θ１を有する照明光Ｌ１が試料Ｓに照射されるため、試料Ｓ表面の微細な凹凸もコントラスト良く可視化することができる。一方、面Ｒ２や面Ｒ５のような溝の底面には、大きな入射角を有する照明光が届きにくい。このため、第１の照明状態で取得した画像だけで試料Ｓ全体を良好に観察することは困難である。従って、入射角θ１よりも小さな入射角を有する照明光（照明光Ｌ２、Ｌ３）を試料Ｓに照射し、大きな入射角では良好に観察することが難しい領域の観察を補うことが望ましい。
【0032】
溝の底面を微細な凹凸も含めて良好に可視化するためには、溝の底面に照明光が届く範囲でできる限り大きな入射角の照明光を照射することが望ましい。溝の底面に届く照明光の入射角は、溝が深いほど、また、溝が狭いほど、小さくなる。このため、比較的広く浅い溝の底面である面Ｒ５の観察には、中程度の入射角θ２（＜入射角θ１）を有する照明光Ｌ２を試料Ｓへ照射する第２の照明状態が効果的である。これに対して、比較的狭く深い溝の底面である面Ｒ２の観察には、最も小さな入射角θ３（＜入射角θ２）を有する照明光Ｌ３を試料Ｓへ照射する第３の照明状態が効果的である。
【0033】
このように、試料Ｓ内の領域によって最適な照明状態は異なる。このため、試料Ｓ内の各領域を最適な照明状態で撮像するために、複数の照明状態を実現可能な照明装置２４を用いて、複数の照明状態へ順次切り替えて、試料Ｓを撮像することが望ましい。
【0034】
なお、全ての照明部を同時に点灯状態にする照明状態（以降、全灯照明状態と記す。）でも、試料Ｓ全体に照明光を照射することができる。ただし、全灯照明状態は、複数の照明部の一部のみを点灯状態にする照明状態（例えば、第１の照明状態、第２の照明状態、第３の照明状態）よりも必ずしも優れていない。むしろ、最適な入射角の照明光のみが照射される照明状態の方が望ましい場合が少なくない。
【0035】
例えば、試料Ｓが金属などの高い反射率を有する材料からなる場合には、全灯照明状態ではハレーションを生じやすく、観察できる試料が限られてしまう。また、光量を調整してハレーションを抑えた場合には、比較的暗い領域がさらに暗くなってしまうため、試料全体を良好に観察することが困難になる。また、領域に最適な入射角度の照明光に加えてその他の角度の照明光がその領域に同時に照射されることで、その領域の画像のコントラストが低下してしまう。
【0036】
従って、様々な試料Ｓの全体を良好に観察するためには、全灯照明状態で照明された試料を撮像するよりも、複数の照明状態を切り替えながら試料を撮像し、得られた複数の画像を合成することが望ましい。
【0037】
図５は、観察装置１０が行う処理の一例を示すフローチャートである。図６は、合成画像について説明するための図である。以下、図５及び図６を参照しながら、試料Ｓの全体を良好に観察可能な合成画像の生成方法について説明する。
【0038】
まず、観察装置１０は、照明状態を切り替える（ステップＳ１）。ここでは、制御装置３０が照明装置２４の複数の照明部の一つ以上を点灯状態へ変更することで、顕微鏡２０が特定の照明状態（例えば、第１の照明状態）で試料Ｓを照明する。
【0039】
次に、観察装置１０は、試料Ｓを撮像する（ステップＳ２）。ここでは、制御装置３０がデジタルカメラ２７を制御して、デジタルカメラ２７が試料Ｓを撮像する。これにより、特定の照明状態で撮像した試料の画像（撮像画像）が生成される。
【0040】
その後、観察装置１０は、予定した全ての照明状態へ切替済か否かを判定し（ステップＳ３）、予定した全ての照明状態へ切替済ではないと判定すると（ステップＳ３ＮＯ）、予定した全ての照明状態へ切替済であると判定されるまで（ステップＳ３ＹＥＳ）、ステップＳ１からステップＳ３を繰り返す。
【0041】
これにより、予定された全ての照明状態（例えば、第１の照明状態、第２の照明状態、第３の照明状態）で試料Ｓが撮像され、図６に示すように、複数の撮像画像（撮像画像８１、撮像画像８２、撮像画像８３）が生成される。即ち、制御装置３０は、複数の照明部のうちの点灯状態にある照明部が異なる複数の照明状態へ順番に切り替えてデジタルカメラ２７で撮像した試料の複数の画像を取得する。
【0042】
なお、図６には、第１の照明状態で撮像した試料Ｓの画像である撮像画像８１、第２の照明状態で撮像した試料Ｓの画像である撮像画像８２、第３の照明状態で撮像した試料Ｓの画像である撮像画像８３が示されている。
【0043】
ステップＳ３で全ての照明状態へ切替済であると判定されると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成する（ステップＳ４）。ここでは、制御装置３０は、図６に示すように、複数の撮像画像（撮像画像８１、撮像画像８２、撮像画像８３）を合成して、試料の新たな画像である合成画像８０を生成する。制御装置３０は、さらに、表示装置４０に合成画像８０を表示してもよい。
【0044】
なお、画像の合成方法は特に限定しないが、例えば、試料Ｓの領域毎に、複数の撮像画像の中から当該領域が最も良好に可視化されている撮像画像を選択し、選択した画像中のその領域に対応する部分を抽出してもよい。抽出された各領域の画像を貼り合わせることで合成画像８０を生成してもよい。
【0045】
以上の様に、観察装置１０が図５に示す処理を行うことで、領域毎に最適な照明状態で撮像された試料Ｓの画像を得ることができるため、試料Ｓ全体を良好に観察することができる。また、従来の方法に比べて、様々な試料を良好に観察することができる。
【0046】
図７は、照明装置２８の構成を例示した図である。図８は、照明装置２９の構成を例示した図である。観察装置１０は、照明装置２４の代わりに、図７に示す照明装置２８を備えてもよく、図８に示す照明装置２９を備えてもよい。
【0047】
照明装置２８は、光軸を中心とした同心円状に配置された複数の照明部（照明部２８１、照明部２８２、照明部２８３）を有している。また、照明装置２９も、光軸を中心とした同心円状に配置された複数の照明部（照明部２９１、照明部２９２、照明部２９３）を有している。
【0048】
照明装置２４では、複数の照明部（照明部２４１、照明部２４２、照明部２４３）の各々が、対物レンズ２３１の光軸を中心に円環状に配列された複数の発光素子２４０を含む例を示したが、複数の照明部の各々は必ずしも複数の発光素子を含まなくてもよい。
【0049】
照明装置２８では、複数の照明部の各々が、光軸を中心としたリング形状を有する発光素子を含んでいる点が、照明装置２４とは異なっている。照明装置２８によっても、照明装置２４と同様に、複数の照明部を用いて光軸に対して互いに異なる角度で試料Ｓへ照明光を照射する可能であり、また、光軸を中心としたさまざまな方向から試料Ｓを同時に照明することができる。
【0050】
照明装置２９は、複数の照明部の各々が複数の発光素子を含む代わりに、光源９０からの光を導光する複数の導光体２９０を含み、複数の導光体２９０の出射端が光軸を中心に円環状に配列されている点が、照明装置２４とは異なっている。照明装置２９によっても、照明装置２４と同様に、複数の照明部を用いて光軸に対して互いに異なる角度で試料Ｓへ照明光を照射する可能であり、また、光軸を中心としたさまざまな方向から試料Ｓを同時に照明することができる。
【0051】
なお、図８では、各照明部が複数の導光体を含む例を示したが、発光素子の代わりに導光体を含む場合には、各照明部は、光源９０からの光を導光する１つ以上の導光体を含んでいればよい。各照明部は、例えば、光軸を中心とした円環状の出射端を有する１つの導光体を含んでもよい。
【0052】
以下、上述した観察装置１０を用いて顕微鏡２０の焦点深度以上の高さを有する立体的な試料Ｓを可視化する方法について具体的に説明する。
［第１の実施形態］
図９は、観察装置１０が行う第１の実施形態に係る処理のフローチャートである。図１０は、アプリケーション画面の一例である。図１１は、プレスキャンを説明するための図である。図１２は、高さ算出を説明するための図である。図１３は、合成画像用の画像取得を説明するための図である。図１４は、画像合成方法の一例を説明する図である。図１５は、画像合成方法の別の例を説明する図である。図１６は、ピッチ送りモードにおける画像取得を説明するための図である。以下、全焦点画像を表示する場合を例にして説明する。
［第１の実施形態］
図９は、観察装置１０が行う第１の実施形態に係る処理のフローチャートである。図１０は、アプリケーション画面の一例である。図１１は、プレスキャンを説明するための図である。図１２は、高さ算出を説明するための図である。図１３は、合成画像用の画像取得を説明するための図である。図１４は、画像合成方法の一例を説明する図である。図１５は、画像合成方法の別の例を説明する図である。図１６は、ピッチ送りモードにおける画像取得を説明するための図である。以下、全焦点画像を表示する場合を例にして説明する。
【0053】
観察装置１０が所定のプログラムを実行すると、図９に示す処理が開始される。まず、観察装置１０は、画像取得モードの入力を取得する（ステップＳ１１）。ここでは、プログラム実行により表示装置４０に表示される図１０に示すアプリケーション画面６０の設定領域６２上で、ユーザがプレスキャンモードとピッチ送りモードのいずれかの画像取得モードを選択すると、観察装置１０は、入力装置５０からの入力信号に基づいて、ユーザが選択した画像取得モードを検出する。
【0054】
その後、ユーザがボタン６３を押下して全焦点画像表示を指示すると、観察装置１０は、画像取得モードを判定する（ステップＳ１２）。設定領域６２で“プレスキャン”が選択されている場合には、観察装置１０は、画像取得モードがプレスキャンモードであると判定し、試料Ｓをプレスキャンする（ステップＳ１３）。
【0055】
プレスキャンでは、制御装置３０は、図１１に示すように、光学ヘッド２１を制御して試料Ｓと観察光学系２３の距離を一定の間隔（ピッチ）で変更しながら、照明装置２４とデジタルカメラ２７を制御して全灯照明状態で画像を取得する。即ち、制御装置３０は、焦準部が距離を一定の間隔（ピッチ）で変更する処理と、その処理後に複数の照明部の全てが点灯状態にある全灯照明状態で画像を取得する処理とを、繰り返す。なお、照明装置２４に加えて光源２２を用いて試料Ｓを照明してもよい。
【0056】
次に、観察装置１０は、試料Ｓの高さを算出する（ステップＳ１４）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ１３のプレスキャンで取得した複数の画像に基づいて、試料Ｓの領域毎の高さを算出する。なお、以降では、画素毎に高さを算出する例で説明するが、高さの算出単位である領域はステップＳ１３で取得した画像の１画素分に限らない。複数画素をまとめて１領域として領域毎に高さを算出してもよい。
【0057】
高さの算出方法は特に限定しないが、制御装置３０は、例えば、図１２に示すように、画素（領域）毎にＩ－Ｚカーブを作成し、Ｉ－Ｚカーブのピーク位置から試料の各領域の高さを算出してもよい。
【0058】
試料の各領域の高さが算出されると、観察装置１０は、焦準部を動かす（ステップＳ１５）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ１４で算出した高さに基づいて、焦準部である光学ヘッド２１を動かす。より具体的には、制御装置３０は、ステップＳ１４で算出した複数の高さのいずれかに合焦するように、光学ヘッド２１に試料Ｓと観察光学系２３の距離を変更させる。換言すると、制御装置３０は、光学ヘッド２１に、試料Ｓと観察光学系２３の距離を、ステップＳ１４で算出した複数の高さに応じた距離に変更させる。
【0059】
焦準部の移動が終了すると、観察装置１０は、照明状態を順次切り替えて試料Ｓを撮像する（ステップＳ１６）。ここでは、制御装置３０は、上述した複数の照明状態へ順番に切り替えて複数の画像を取得する。より具体的には、制御装置３０は、照明装置２４を制御して第１の照明状態で試料Ｓを照明しながら、デジタルカメラ２７を制御して第１の照明状態で照明されている試料Ｓを撮像することで、撮像画像を取得する。その後、制御装置３０は、照明装置２４を制御して第２の照明状態へ切り替えて第２の照明状態で試料Ｓを照明しながら、デジタルカメラ２７を制御して第２の照明状態で照明されている試料Ｓを撮像することで、撮像画像を取得する。さらに、制御装置３０は、照明装置２４を制御して第３の照明状態へ切り替えて第３の照明状態で試料Ｓを照明しながら、デジタルカメラ２７を制御して第３の照明状態で照明されている試料Ｓを撮像することで、撮像画像を取得する。これにより、制御装置３０は、同じ高さに合焦した状態で、複数の照明状態に対応する複数の撮像画像が取得する。
【0060】
その後、観察装置１０は、画像取得を終了するかどうか判定する（ステップＳ１７）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ１４で算出した複数の高さの全てで画像を取得したか否かに基づいて画像取得を終了するか否かを判定する。
【0061】
複数の高さの全てで画像を取得していない場合には、制御装置３０は、画像取得を終了しないと判定し、複数の高さの全てで画像を取得するまで、ステップＳ１５からステップＳ１７の処理を繰り返す。
【0062】
即ち、制御装置３０は、焦準部に距離を変更させる処理（ステップＳ１５）と、ステップＳ１５の処理後に行う複数の照明状態へ順番に切り替えて複数の画像を取得する処理（ステップＳ１６）とを、繰り返す。これにより、制御装置３０は、図１３に示すように、ステップＳ１４で算出した試料Ｓの各領域の高さ毎に、複数の照明状態に対応する複数の撮像画像を取得する。
【0063】
画像取得が終了すると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成して、合成画像である全焦点画像を生成する（ステップＳ１８）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ１５の処理とステップＳ１６の処理とを繰り返すことで取得した複数の撮像画像に基づいて、試料Ｓの全焦点画像を生成する。
【0064】
全焦点画像を生成する画像合成方法は、特に限定しないが、ステップＳ１４で算出した試料の各領域の高さを利用すればよい。制御装置３０は、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、その領域の高さに合焦しながら複数の照明状態で取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値に基づいて決定すればよい。つまり、制御装置３０は、ある高さの領域に対応する全焦点画像の画素値は、その領域の高さに合焦しながら第１の照明状態で取得した撮像画像、第２の照明状態で取得した撮像画像、及び、第３の照明状態で取得した撮像画像、のその領域の画素値に基づいて決定すればよい。具体的には、制御装置３０は、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、その領域の高さに合焦しながら複数の照明状態で取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定してもよい。
【0065】
従って、制御装置３０は、図１４に示すように、ある高さに合焦した状態で取得した複数の画像の中からその高さの領域毎に利用する画像を独立して選択してもよく、全焦点画像の生成に同じ高さで取得した１つ以上の画像が利用されてもよい。これにより領域毎に異なる最適な照明状態に合わせて最適な画像の画素値を全焦点画像の画素値として利用することができる。
【0066】
また、制御装置３０は、図１５に示すように、ある高さに合焦した状態で取得した複数の画像の中から１枚の画像を選択してもよく、全焦点画像の生成に高さ毎に１枚ずつ選択された複数の画像が利用されてもよい。これにより高さ毎に最適な照明状態で取得した画像の画素値を全焦点画像の画素値として利用することができる。
【0067】
なお、高さ毎に最適な照明状態で取得した画像の選択はコントラストに基づいて決定してもよく、例えば、その高さに合焦した状態で取得した複数の画像の内の最もコントラストの高い画像を、その高さに最適な照明状態で取得した画像として決定してもよい。
【0068】
一方で、設定領域６２で“ピッチ送り”が選択されている場合には、観察装置１０は、ステップＳ１２において、画像取得モードがピッチ送りモードであると判定し、図１６に示すように、焦準部を移動する処理（ステップＳ１９）と、ステップＳ１９後に照明状態を順次切り替えて試料Ｓを撮像する処理（ステップＳ２０）を繰り返す。
【0069】
ここで、ステップＳ１９の処理は、所定ピッチで焦準部を移動する点がステップＳ１５の処理とは異なるが、ステップＳ２０の処理は、ステップＳ１６の処理と同様である。即ち、制御装置３０は、ステップＳ１９では、焦準部に試料Ｓと観察光学系２３の間の距離を一定の間隔（例えば、５００μｍ）で変更させて、ステップＳ２０では、上述した複数の照明状態へ順番に切り替えて複数の画像を取得する。
【0070】
なお、ステップＳ２１の画像取得を終了するかどうかの判定は、例えば、焦準部が指定された高さ範囲外まで移動したか否か、指定された回数の移動が終了したか否か等によって判定すればよい。
【0071】
画像取得が終了すると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成して、合成画像である全焦点画像を生成する（ステップＳ２２）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ１９の処理とステップＳ２０の処理とを繰り返すことで取得した複数の画像に基づいて、試料Ｓの全焦点画像を生成する。
【0072】
全焦点画像を生成する画像合成方法は、特に限定しない。制御装置３０は、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、ステップＳ１９の処理とステップＳ２０の処理とを繰り返すことで取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値に基づいて決定すればよい。具体的には、制御装置３０は、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、繰り返し取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定してもよい。
【0073】
なお、ピッチ送りモードでは、ステップＳ２２で特定される領域毎の最大値を有する画像に基づいて、その領域の高さを算出してもよい。
【0074】
ステップＳ１８又はステップＳ２２で全焦点画像が生成されると、観察装置１０は生成した全焦点画像を出力する（ステップＳ２３）。ここでは、制御装置３０は、全焦点画像を表示装置４０に表示する。具体的には、制御装置３０は、例えば、アプリケーション画面６０の画像表示領域６１に全焦点画像を表示する。これにより、ユーザは、全焦点画像を観察することで、試料Ｓ全体を良好に観察することができる。
【0075】
以上の様に、観察装置１０によれば、図９に示す処理を実行することで、立体的な試料Ｓを良好に可視化することができる。従って、様々な試料を良好に観察する。また、観察装置１０では、プレスキャンモードを選択することで、正確に特定された各領域の高さで複数の照明状態に対応する複数の画像が取得されるため、精度良く試料Ｓの立体形状を特定し、各領域に精度良く合焦した状態で取得した画像を用いて全焦点画像を生成することができる。さらに、ピッチ送りモードを選択することで、事前に高さを算出せずに一定間隔ずつ高さを変更しながら複数の照明状態に対応する複数の画像を取得し、それらの画像から全焦点画像を生成することができる。これにより、プレスキャンモードが選択された場合よりも、短い時間で全焦点画像を生成することができる。このように、観察装置１０では、画像取得モードにより精度と速度のどちらを優先して全焦点画像を作成するか選択することが可能であり、ユーザが置かれている様々な状況に対処することができる。
【0076】
なお、以上では、全焦点画像を表示する例を示したが、ユーザがボタン６４を押下して三次元画像表示を指示することで、全焦点画像の代わりに三次元画像が合成画像として生成されてもよい。即ち、制御装置３０は、ユーザの操作に応じて、繰り返し取得した複数の画像に基づいて、全焦点画像又は三次元画像である試料の新たな画像を生成すればよい。
【0077】
［第２の実施形態］
図１７は、観察装置１０が行う第２の実施形態に係る処理のフローチャートである。図１８は、アプリケーション画面の別の例である。以下、第１の実施形態と同様に、全焦点画像を表示する場合を例にして説明する。
図１７は、観察装置１０が行う第２の実施形態に係る処理のフローチャートである。図１８は、アプリケーション画面の別の例である。以下、第１の実施形態と同様に、全焦点画像を表示する場合を例にして説明する。
【0078】
本実施形態は、画像取得モードに加えて画像合成モードをユーザが選択可能な点、選択された画像合成モードに応じて全焦点画像が生成される点が、第１の実施形態とは異なっている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【0079】
観察装置１０が所定のプログラムを実行して図１７に示す処理が開始されると、まず、観察装置１０は、画像取得モードと画像合成モードの入力を取得する（ステップＳ３１）。ここでは、プログラム実行により表示装置４０に表示される図１８に示すアプリケーション画面６０ａの設定領域６２上で、ユーザがプレスキャンモードとピッチ送りモードのいずれかの画像取得モードを選択すると、観察装置１０は、入力装置５０からの入力信号に基づいて、ユーザが選択した画像取得モードを検出する。また、アプリケーション画面６０ａの設定領域６６上でユーザが高輝度モードと低反射率モードのいずれかの画像合成モードを選択すると、観察装置１０は、入力装置５０からの入力信号に基づいて、ユーザが選択した画像合成モードを検出する。
【0080】
その後、ユーザがボタン６３を押下して全焦点画像表示を指示すると、観察装置１０は、画像取得モードを判定する（ステップＳ３２）。設定領域６２で“プレスキャン”が選択されている場合には、観察装置１０は、画像取得モードがプレスキャンモードであると判定し、試料Ｓをプレスキャンし（ステップ３３）、さらに、試料Ｓの高さを算出する（ステップＳ３４）。
【0081】
試料の各領域の高さが算出されると、観察装置１０は、算出された高さに対応する位置へ焦準部を移動する処理（ステップＳ３５）と、照明状態を順次切り替えて試料Ｓを撮像する処理（ステップＳ３６）を、算出された全ての高さに対応する位置へ移動するまで（ステップＳ３７ＹＥＳ）、繰り返す。なお、ステップＳ３３からステップＳ３７までの処理は、図９のステップＳ１３からステップＳ１７までの処理と同様である。
【0082】
画像取得が終了すると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成して、合成画像である全焦点画像を生成する（ステップＳ３８）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ３５の処理とステップＳ３６の処理とを繰り返すことで取得した複数の撮像画像に基づいて、試料Ｓの全焦点画像を生成する。
【0083】
より具体的には、図１８に示すように設定領域６６で“高輝度”が選択されている場合には、制御装置３０は、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、その領域の高さに合焦しながら複数の照明状態で取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値の最大値に決定する。さらに、設定領域６６で予め画素値（輝度）の閾値が設定されている場合には、制御装置３０は、その閾値以内で画素値を決定してもよい。つまり、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、その領域の高さに合焦しながら複数の照明状態で取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値のうち閾値以下で最も高い画素値に決定してもよい。一方で、設定領域６６で“低反射率”が設定されている場合には、制御装置３０は、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、その領域の高さに合焦しながら複数の照明状態で取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値の最小値に決定する。さらに、設定領域６６で予め画素値（輝度）の閾値が設定されている場合には、制御装置３０は、その閾値以上で画素値を決定してもよい。つまり、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、その領域の高さに合焦しながら複数の照明状態で取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値のうち閾値以上で最も低い画素値に決定してもよい。
【0084】
一方で、設定領域６２で“ピッチ送り”が選択されている場合には、観察装置１０は、ステップＳ３２において、画像取得モードがピッチ送りモードであると判定し、焦準部を一定のピッチで移動する処理（ステップＳ３９）と、ステップＳ３９後に照明状態を順次切り替えて試料Ｓを撮像する処理（ステップＳ４０）を、例えば焦準部が指定された高さ範囲外まで移動するまで（ステップＳ４１ＹＥＳ）、繰り返す。なお、ステップＳ３９からステップＳ４１までの処理は、図９のステップＳ１９からステップＳ２２までの処理と同様である。
【0085】
画像取得が終了すると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成して、合成画像である全焦点画像を生成する（ステップＳ４２）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ３９の処理とステップＳ４０の処理とを繰り返すことで取得した複数の画像に基づいて、試料Ｓの全焦点画像を生成する。
【0086】
より具体的には、設定領域６６で予め画素値（輝度）の閾値が設定されている場合には、制御装置３０は、その閾値以内で画素値を決定してもよい。つまり、全焦点画像の各領域に対応する画素値を、繰り返し取得した複数の画像の当該領域に対応する画素値のうち閾値以下で最も高い画素値に決定してもよい。
【0087】
ステップＳ３８又はステップＳ４２で全焦点画像が生成されると、観察装置１０は生成した全焦点画像を出力する（ステップＳ４３）。この処理は、図９のステップＳ２３と同様である。
【0088】
以上の様に、観察装置１０は、図９に示す処理の代わりに図１７に示す処理を実行した場合であっても、立体的な試料Ｓを良好に可視化することができる可能であり、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、ユーザが画像合成モードを選択することができる。具体的には、高輝度モードを選択することで輝度を優先して全焦点画像を生成することが可能であり、低反射率モードを選択することでハレーション抑制を優先して全焦点画像を生成することができる。従って、ユーザは試料の材料などから最適な画像合成モードを選択することで、ハレーションを抑制しながら明るい画像を得ることができる。
【0089】
［第３の実施形態］
図１９は、観察装置１０が行う第３の実施形態に係る処理のフローチャートである。以下、第１の実施形態と同様に、全焦点画像を表示する場合を例にして説明する。
図１９は、観察装置１０が行う第３の実施形態に係る処理のフローチャートである。以下、第１の実施形態と同様に、全焦点画像を表示する場合を例にして説明する。
【0090】
本実施形態は、複数の照明状態で取得した複数の画像が一覧表示される点と、一覧表示された複数の画像から選択された画像が画像合成に利用される点が、第１の実施形態とは異なっている。その他の点は、第１の実施形態と同様である。
【0091】
観察装置１０が所定のプログラムを実行して図１９に示す処理を開始すると、まず、画像取得モードの入力を取得する（ステップＳ５１）。その後、ユーザがプレスキャンモードを選択した場合には、ステップＳ５３からステップＳ５６の処理が行われる。これらの処理は、図９のステップＳ１３からステップＳ１６の処理と同様である。
【0092】
その後、観察装置１０は、ステップＳ５６で取得した複数の画像を一覧表示する（ステップＳ５７）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ５５で移動した現在の高さにおいて複数の照明状態で取得した複数の画像（例えば、第１の照明状態の画像、第２の照明状態の画像、第３の照明状態の画像）を、アプリケーション画面の画像表示領域６１に比較可能に並べて表示する。さらに、制御装置３０は、利用者が一覧表示された画像から１つの画像を選択すると（ステップＳ５８ＹＥＳ）、選択された画像を現在の高さの代表画像として記憶する。
【0093】
観察装置１０は、ステップＳ５５からステップＳ５８の処理を、ステップＳ５４で算出された全ての高さに対応する位置へ移動するまで（ステップＳ５９ＹＥＳ）、繰り返す。画像取得が終了すると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成して、合成画像である全焦点画像を生成する（ステップＳ６０）。この処理では、各高さの代表画像からその高さの領域に対応する部分を抽出して貼り合わせることで、全焦点画像が生成される。
【0094】
一方で、ユーザがピッチ送りモードを選択した場合には、ステップＳ６１とステップＳ６２の処理が行われる。これらの処理は、図９のステップＳ１９とステップＳ２０と同様である。
【0095】
その後、観察装置１０は、ステップＳ６２で取得した複数の画像を一覧表示する（ステップＳ６３）。ここでは、制御装置３０は、ステップＳ６１で移動した現在の高さにおいて複数の照明状態で取得した複数の画像（例えば、第１の照明状態の画像、第２の照明状態の画像、第３の照明状態の画像）を、アプリケーション画面の画像表示領域６１に比較可能に並べて表示する。さらに、制御装置３０は、利用者が一覧表示された画像から１つの画像を選択すると（ステップＳ６４ＹＥＳ）、選択された画像を現在の高さの代表画像として記憶する。
【0096】
観察装置１０は、ステップＳ６１からステップＳ６４の処理を、例えば焦準部が指定された高さ範囲外まで移動するまで（ステップＳ６５ＹＥＳ）、繰り返す。画像取得が終了すると、観察装置１０は、複数の撮像画像を合成して、合成画像である全焦点画像を生成する（ステップＳ６６）。この処理は、図９のステップＳ２２の処理と同様である。
【0097】
ステップＳ６０又はステップＳ６６で全焦点画像が生成されると、観察装置１０は生成した全焦点画像を出力する（ステップＳ６７）。この処理は、図９のステップＳ２３と同様である。
【0098】
以上の様に、観察装置１０は、図９に示す処理の代わりに図１９に示す処理を実行した場合であっても、立体的な試料Ｓを良好に可視化することができる可能であり、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。また、本実施形態では、ユーザが高さ毎に最適な照明状態の画像を選択することができる。従って、ユーザの好みを反映した全焦点画像を得ることができる。
【0099】
［第４の実施形態］
図２０は、観察装置１０が行う第４の実施形態に係る処理のフローチャートである。図２１は、アプリケーション画面のさらに別の例である。以下、一覧表示の中から画像を選択することで、選択した画像が取得されたときの顕微鏡２０の状態を再現する処理について説明する。
図２０は、観察装置１０が行う第４の実施形態に係る処理のフローチャートである。図２１は、アプリケーション画面のさらに別の例である。以下、一覧表示の中から画像を選択することで、選択した画像が取得されたときの顕微鏡２０の状態を再現する処理について説明する。
【0100】
観察装置１０が所定のプログラムを実行して例えば図９に示す処理により全焦点画像を生成した後に、ユーザがボタン６５を押下して一覧表示を指示すると（ステップＳ７１ＹＥＳ）、観察装置１０は、撮像画像を一覧表示する（ステップＳ７２）。ここでは、制御装置３０は、全焦点画像を生成するために取得した複数の画像を一覧表示する。より具体的には、制御装置３０は、焦準部に試料Ｓと観察光学系２３との間の距離を変更させる処理と、距離を変更後に複数の照明状態へ順番に切り替えて複数の画像を取得する処理と、を繰り返すことで取得した複数の画像を、表示装置４０に一覧表示する。
【0101】
一覧表示される複数の画像は、図２１に示すアプリケーション画面７０で示されるように、例えば、高さ（ｚ位置）毎に複数の照明状態で取得した複数の画像を並べて表示してもよい。ユーザは、一覧表示された画像を見ることで、高さや照明状態毎に試料Ｓの写り方がどのように変化するのかを確認することができる。
【0102】
その後、観察装置１０は、利用者が一覧表示された画像から１つの画像を選択したことを検出すると（ステップＳ７３ＹＥＳ）、その選択された画像（以降、選択画像と記す。）に応じた位置へ焦準部が移動し（ステップＳ７４）、選択画像に応じた照明状態へ切り替える（ステップＳ７５）。ステップＳ７４及びステップＳ７５では、制御装置３０は、焦準部を制御して試料Ｓと観察光学系２３の間の距離を選択画像に対応する距離に変更し、複数の照明部の少なくとも一部を制御して選択画像に対応する照明状態へ切り替える。これにより、ユーザが選択した画像を取得したときの顕微鏡２０の状態が再現される。
【0103】
以上の様に、観察装置１０は、図２０に示す処理を実行することで、一覧表示されている画像中の任意の画像を取得したときの顕微鏡２０の状態を容易に再現することができる。
【0104】
なお、図２０では、一覧表示された画像の中から１つの画像を選択し、選択した画像を取得したときの顕微鏡２０の状態を再現する例を示したが、一覧表示された画像から高さ毎に画像が選択されてもよい。制御装置３０は、高さ毎、つまり、試料Ｓと観察光学系２３の間の距離毎に利用者が選択した画像に基づいて、全焦点画像または三次元画像を生成してもよい。
【0105】
図２２は、上述した実施形態に係る、制御装置３０を実現するためのコンピュータ１００のハードウェア構成を例示した図である。図２０に示すように、コンピュータ１００は、ハードウェア構成として、プロセッサ１０１、メモリ１０２、記憶装置１０３、読取装置１０４、通信インタフェース１０６、及び入出力インタフェース１０７を備えている。なお、プロセッサ１０１、メモリ１０２、記憶装置１０３、読取装置１０４、通信インタフェース１０６、及び入出力インタフェース１０７は、例えば、バス１０８を介して互いに接続されている。
【0106】
プロセッサ１０１は、例えば、シングルプロセッサであっても、マルチプロセッサやマルチコアプロセッサであってもよい。プロセッサ１０１は、記憶装置１０３に格納されているプログラムを読み出して実行することで、観察装置１０の制御部として動作する。
【0107】
メモリ１０２は、例えば、半導体メモリであり、ＲＡＭ領域およびＲＯＭ領域を含んでいてよい。記憶装置１０３は、例えばハードディスク、フラッシュメモリ等の半導体メモリ、または外部記憶装置である。
【0108】
読取装置１０４は、例えば、プロセッサ１０１の指示に従って着脱可能記憶媒体１０５にアクセスする。着脱可能記憶媒体１０５は、例えば、半導体デバイス、磁気的作用により情報が入出力される媒体、光学的作用により情報が入出力される媒体などにより実現される。なお、半導体デバイスは、例えば、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリである。また、磁気的作用により情報が入出力される媒体は、例えば、磁気ディスクである。光学的作用により情報が入出力される媒体は、例えば、ＣＤ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｃ）－ＲＯＭ、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）、Ｂｌｕ－ｒａｙ Ｄｉｓｃ等（Ｂｌｕ－ｒａｙは登録商標）である。
【0109】
通信インタフェース１０６は、例えば、プロセッサ１０１の指示に従って、他の装置と通信する。入出力インタフェース１０７は、例えば、入力装置および出力装置との間のインタフェースである。入力装置は、例えば、ユーザからの指示を受け付けるキーボード、マウス、タッチパネルなどのデバイスである。出力装置は、例えばディスプレイなどの表示装置、およびスピーカなどの音声装置である。
【0110】
プロセッサ１０１が実行するプログラムは、例えば、下記の形態でコンピュータ１００に提供される。
（１）記憶装置１０３に予めインストールされている。
（２）着脱可能記憶媒体１０５により提供される。
（３）プログラムサーバなどのサーバから提供される。
（１）記憶装置１０３に予めインストールされている。
（２）着脱可能記憶媒体１０５により提供される。
（３）プログラムサーバなどのサーバから提供される。
【0111】
なお、図２２を参照して述べた制御装置３０を実現するためのコンピュータ１００のハードウェア構成は例示であり、実施形態はこれに限定されるものではない。例えば、上述の構成の一部が、削除されてもよく、また、新たな構成が追加されてもよい。また、別の実施形態では、例えば、上述の算出部４２の一部または全部の機能がＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＳｏＣ（Ｓｙｓｔｅｍ－ｏｎ－ａ－Ｃｈｉｐ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、およびＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）などによるハードウェアとして実装されてもよい。即ち、制御装置３０に含まれる任意の電気回路が上述した内部予測処理を行ってもよい。
【0112】
上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。上述の実施形態を変形した変形形態および上述した実施形態に代替する代替形態が包含され得る。つまり、各実施形態は、その趣旨および範囲を逸脱しない範囲で構成要素を変形することが可能である。また、１つ以上の実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより、新たな実施形態を実施することができる。また、各実施形態に示される構成要素からいくつかの構成要素を削除してもよく、または実施形態に示される構成要素にいくつかの構成要素を追加してもよい。さらに、各実施形態に示す処理手順は、矛盾しない限り順序を入れ替えて行われてもよい。即ち、本発明の観察装置は、特許請求の範囲の記載を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。
【0113】
上述した実施形態では、制御装置３０が照明部単位で発光素子の発光を制御する例を示したが、制御装置３０は発光素子単位で発光素子の発光を制御してもよい。また、制御装置３０は、照明部の一部の発光素子のみ発光させて、残りの発光素子を発光させなくてもよい。このような発光制御は光量調整の目的で行われてもよい。また、制御装置３０は、照明部内で発光素子を複数のグループに分けて、グループ毎に発光させてもよい。例えば、周方向に並んだ複数の発光素子を周方向に４つに分割し、４つのグループにグループ分けしてもよく、４つのグループに属する発光素子をグループ毎に順番に発光させてもよい。このような発光制御は照明に指向性を待たせる目的で行われてもよい。
【0114】
上述した実施形態では、照明装置が３つ照明部を有する例を示したが、照明部の数は３つに限らない。照明装置は、２つ以上の照明部を有していればよい。
【0115】
上述した実施形態では、全ての画像が一覧表示される例を示したが、高さ毎に制御装置３０が最も明るい又は暗い画像を選択して、高さ毎に１枚ずつ選択された画像を一覧表示してもよい。
【0116】
上述した実施形態では、複数の照明部が同じ高さに固定されている例を示したが、複数の照明部が異なる角度で試料を照明できればよく、必ずしも同じ高さに固定されている必要はない。ただし、同じ高さに複数の照明部を固定することで、点灯状態にある照明部を切り替えた場合に生じる光量差を小さくすることができる。
【0117】
上述した実施形態では、ピッチ送りモードで固定幅のピッチを用いる例を示したが、ピッチ送りモードは必ずしも固定幅で焦準部を移動させる必要はない。上述したピッチ送りモードでは試料Ｓの高さが不明なため固定幅のピッチを用いたが、以前に同種の試料について全焦点画像又は三次元画像を生成している場合には、そのときに取得した高さ情報を用いて試料の高さを推定して、推定した高さに応じた位置に焦準部を移動させてもよい。
【0118】
上述した実施形態では、複数の照明部の各々が円環形状を有し、円環状に配列された複数の発光素子を含む例を示したが、照明部の形状は円環形状に限らず、複数の発光素子の配列も円環状に限らない。照明部の形状は環形状であればよく、複数の発光素子の配列も環状であればよい。従って、例えば、照明部の形状は矩形環形状であってもよく、複数の発光素子は矩形環状に配列してもよい。
【符号の説明】
【0119】
１０ 観察装置
２０ 顕微鏡
２１ 光学ヘッド
２２、９０ 光源
２３ 観察光学系
２３１ 対物レンズ
２４、２８、２９ 照明装置
２４０ 発光素子
２４１～２４３、２８１～２８３、２９１～２９３ 照明部
２５ ステージ
２５ａ ＸＹステージ
２５ｂ Ｚステージ
２６ フレーム
２７ デジタルカメラ
２７１ イメージセンサ
２９０ 導光体
３０ 制御装置
４０ 表示装置
５０ 入力装置
６０、６０ａ、７０ アプリケーション画面
６１ 画像表示領域
６２、６６ 設定領域
６３～６５ ボタン
８０ 合成画像
８１～８３ 撮像画像
１００ コンピュータ
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ 記憶装置
１０４ 読取装置
１０５ 記憶媒体
１０６ 通信インタフェース
１０７ 入出力インタフェース
１０８ バス
Ｌ１～Ｌ３ 照明光
Ｒ１～Ｒ５ 面
Ｓ 試料
２０ 顕微鏡
２１ 光学ヘッド
２２、９０ 光源
２３ 観察光学系
２３１ 対物レンズ
２４、２８、２９ 照明装置
２４０ 発光素子
２４１～２４３、２８１～２８３、２９１～２９３ 照明部
２５ ステージ
２５ａ ＸＹステージ
２５ｂ Ｚステージ
２６ フレーム
２７ デジタルカメラ
２７１ イメージセンサ
２９０ 導光体
３０ 制御装置
４０ 表示装置
５０ 入力装置
６０、６０ａ、７０ アプリケーション画面
６１ 画像表示領域
６２、６６ 設定領域
６３～６５ ボタン
８０ 合成画像
８１～８３ 撮像画像
１００ コンピュータ
１０１ プロセッサ
１０２ メモリ
１０３ 記憶装置
１０４ 読取装置
１０５ 記憶媒体
１０６ 通信インタフェース
１０７ 入出力インタフェース
１０８ バス
Ｌ１～Ｌ３ 照明光
Ｒ１～Ｒ５ 面
Ｓ 試料
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】