WO2025192627A1

WO2025192627A1 - 顕微鏡装置

Info

Publication number: WO2025192627A1
Application number: PCT/JP2025/009243
Authority: WO
Inventors: 大和新谷; 勇輝照井; 陽輔藤掛; 久美子西村; 聡苅田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2024-03-15
Filing date: 2025-03-12
Publication date: 2025-09-18
Anticipated expiration: 2026-09-15

Abstract

顕微鏡装置（１）は、標本（Ｓ）が載置されるステージ（２）と、対物レンズ（３）に対するステージの相対的な位置をスキャン方向に移動させる駆動部（５５）と、標本に照明光を出射する照明光学系（４）と、単一の撮像素子（５）を含み、標本の第１領域（Ｓａ）を介した第１照明光（Ｌ１）と、標本の第２領域（Ｓｂ）を介した第２照明光（Ｌ２）とを撮像素子のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系（６）と、第２領域における画像データに基づいて、第２領域に対する対物レンズの合焦位置情報を算出する算出部（６１）と、制御部（６２）を備える。制御部は、スキャン方向の移動に伴って、合焦位置情報を算出した第２領域を含む領域に対し、第１領域として第１照明光を照射する場合に、合焦位置情報に基づいて、標本と対物レンズの焦点位置との位置関係を制御する。

Description

顕微鏡装置

　本発明は、顕微鏡装置に関する。

　従来、組織切片などの標本の撮像領域を予め複数の領域に分割し、分割された各領域を高倍率で撮像した後、これらを合成する顕微鏡装置が知られている。このような顕微鏡装置では、標本が載置されたステージをスキャン方向に移動させながら、ある領域を撮像するのと並行して次に撮像する領域の合焦位置情報を算出する、所謂リアルタイムＡＦを実施している（例えば、特許文献１を参照）。

　しかしながら、特許文献１に記載の顕微鏡装置では、２つの光源と２つの撮像素子が必要であり、顕微鏡装置の複雑化やコストが上昇してしまうといった課題がある。

特開２０１９－１０９３４０号公報

　本発明に係る顕微鏡装置は、対物レンズに対向するように標本が載置されるステージと、前記対物レンズに対する前記ステージの相対的な位置を前記対物レンズの光軸に交差するスキャン方向に移動させる駆動部と、前記標本に照射される照明光を出射する照明光学系と、前記対物レンズ及び単一の撮像素子を含み、照明光のうち、前記標本の第１領域を介した第１照明光と、前記標本の前記第１領域とは異なる第２領域を介した第２照明光とを前記撮像素子のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系と、前記撮像素子により取得される前記第２領域における画像データに基づいて、前記第２領域に対する前記対物レンズの合焦位置情報を算出する算出部と、制御部と、を備え、前記制御部は、前記駆動部による前記スキャン方向の移動に伴って、前記合焦位置情報を算出した前記第２領域の少なくとも一部を含む領域に対し、前記第１領域として前記第１照明光を照射する場合に、前記合焦位置情報に基づいて、前記検出光学系の光軸方向に沿って、前記標本と前記対物レンズの焦点位置との位置関係を制御する。

　本発明に係る顕微鏡装置は、対物レンズに対向するように標本が載置されるステージと、前記対物レンズに対する前記ステージの相対的な位置を前記対物レンズの光軸に交差するスキャン方向に移動させる駆動部と、単一の光源からの光を、前記標本に照射される照明光として出射する照明光学系と、前記対物レンズ及び撮像素子を含み、照明光のうち、前記標本の第１領域を介した第１照明光と、前記標本の前記第１領域とは異なる第２領域を介した第２照明光とを前記撮像素子のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系と、前記撮像素子により取得される前記第２領域における画像データに基づいて、前記第２領域に対する前記対物レンズの合焦位置情報を算出する算出部と、制御部と、を備え、前記対物レンズの瞳面において、前記第１照明光の断面形状と前記第２照明光の断面形状とは、異なる形状で形成されており、前記制御部は、前記駆動部による前記スキャン方向の移動に伴って、前記合焦位置情報を算出した前記第２領域の少なくとも一部を含む領域に対し、前記第１領域として前記第１照明光を照射する場合に、前記合焦位置情報に基づいて、前記検出光学系の光軸方向に沿って、前記標本と前記対物レンズの焦点位置との位置関係を制御する。

実施形態１に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。瞳マスクの形状を示す図である。自己相関解析により合焦位置情報を算出する方法を説明するため図である。自己相関解析により合焦位置情報を算出する方法を示すフローチャートである。（ａ）顕微鏡装置によるスキャン方向先読みのレーンスキャンを説明するための図である。（ｂ）撮像領域とＡＦ領域との関係を説明する図である。顕微鏡装置のスキャン方向先読みの動作を示すフローチャートである。（ａ）顕微鏡装置による垂直方向先読みのレーンスキャンを説明するための図である。（ｂ）撮像領域とＡＦ領域との関係を説明する図である。顕微鏡装置の垂直方向先読みの動作を示すフローチャートである。実施形態１の変形例に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。（ａ）実施形態１の変形例に係る顕微鏡装置によるスキャン方向先読みのレーンスキャンを説明するための図である。（ｂ）撮像領域とＡＦ領域との関係を説明する図である。実施形態２に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。（ａ）図１１における照明光学系を拡大して示した図である。（ｂ）第１フライアイレンズ及び第２フライアイレンズの形状を示す図である。（ｃ）特殊マスクの形状を示す図である。実施形態３に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。実施形態３の変形例に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。実施形態４に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。実施形態５に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。実施形態６に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。実施形態７に係る顕微鏡装置の構成を示す図である。ビームスプリッタアレイの配置変形例を示す図である。（ａ）は、撮像素子の撮像面を上から見た図であり、（ｂ）は、撮像面を横から見た図である。標本の標本面での照明光と対物レンズの対物瞳面での照明光との関係を示す図である。撮像素子５１の共役面と撮像素子５２の共役面とが、標本面において互いに一致しないようにそれぞれ配置されている様子を示した図である。撮像素子５１の共役面と撮像素子５２の共役面とが、標本面において互いに一致しないようにそれぞれ配置されている様子を示した図である。

　以下、図面を参照して本発明に係る実施形態について説明する。なお、以下に説明する実施形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。便宜上、実質的に同一の要素には同一の符号を付し、その説明を省略する場合がある。

　［実施形態１］
　図１は、実施形態１に係る顕微鏡装置１の構成を示す図である。図１に示されるように、実施形態１に係る顕微鏡装置１は、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４と、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する単一の撮像素子５を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）を、それぞれ撮像素子５の撮像領域５ａと、撮像領域５ａとは異なるＡＦ領域５ｂに導く検出光学系６とを備えている。このように、本実施形態では、単一の撮像素子５の撮像面を撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとに分けている。一例として、本実施形態のように顕微鏡装置１に単一の撮像素子５を用いる場合、撮像領域５ａは、結像性能が保証されている視野角（ＦＯＶ）内に設定され、ＡＦ領域５ｂは、ＦＯＶの外側に設定されてもよい。単一の撮像素子５の撮像面を撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとに分けることにより、撮像領域５ａでの撮像中に撮像領域５ａとは異なるＡＦ領域５ｂで取得される画像データを用いて、ＡＦ領域５ｂにおける対物レンズ３の合焦位置情報を算出することができる。

　ステージ２には、対物レンズ３に対向するように標本Ｓが載置される。本実施形態では、標本Ｓは、組織切片などの生体サンプルであってよい。標本Ｓは、例えばスライドガラスに密封された状態でステージ２に載置される。対物レンズ３に対するステージ２の相対的な位置は、対物レンズ３の光軸に交差するスキャン方向に移動可能となっている。対物レンズ３の倍率は、例えば、２０倍、４０倍、１００倍等の高倍率であってよい。

　照明光学系４は、画像を撮像するとともに、オートフォーカス（ＡＦ）を制御するための照明光学系である。照明光学系４は、スキャン用の光源７から出射された照明光Ｌ１をステージ２に配置された標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。スキャン用の光源７は、照明光Ｌ１として白色光を出射する光源であり、ステージ２の底面側に配置されている。スキャン用の光源７としては、例えば水銀ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。

　スキャン用の光源７からの照明光Ｌ１をステージ２に配置された標本Ｓに照射する照明光学系４は、照明光Ｌ１の光路Ｋ１上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、レンズアレイである第１フライアイレンズ９、レンズアレイである第２フライアイレンズ１０、一対のリレーレンズ１１，１２、及びコンデンサレンズ１３を有している。第２フライアイレンズ１０とリレーレンズ１１との間には、開口絞り１４が配置されている。スキャン用の光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。一対のリレーレンズ１１，１２は、コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１をコンデンサレンズ１３にリレーする。コンデンサレンズ１３は、スキャン用の光源７から出射された照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４の開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、対物レンズ３の瞳面と光学的に共役な瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源７側であって標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、本実施形態の顕微鏡装置１においては省略してもよい。

　また、照明光学系４は、ＡＦ用の光源１５から出射された照明光Ｌ２をステージ２に配置された標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射する。本実施形態において、標本Ｓにおける照明光Ｌ１により照明される領域（撮像領域Ｓａ）と照明光Ｌ２により照明される領域（ＡＦ領域Ｓｂ）は異なっている。ＡＦ用の光源１５は、ステージ２の底面側に配置されている。ＡＦ用の光源１５としては、例えば水銀ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。照明光Ｌ２は、単色光であってもよく、白色光であってもよい。また、照射光Ｌ２は、近赤外光のような赤外光であってもよい。スキャン用の光源７及びＡＦ用の光源１５は、後述する制御部としての駆動制御部６２からの制御信号を受けてそれぞれ照明光Ｌ１，Ｌ２を出射する。

　ＡＦ用の光源１５から出射された照明光Ｌ２をステージ２に配置された標本Ｓに照射する照明光学系４は、照明光Ｌ２の光路Ｋ２上に、光源１５側から順に配置された、コリメータレンズ１６、一対のリレーレンズ１７，１２、及びコンデンサレンズ１３を有している。コリメータレンズ１６とリレーレンズ１７との間であって、対物レンズ３の瞳面と光学的に共役なＡＦ用の光源１５側の瞳共役面１００ｂ上には、瞳マスク１８が配置されている。一対のリレーレンズ１７、１２の間であって、標本Ｓの標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面１００ｃの近傍で、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂとの共役位置には、ミラー１９が配置されている。ＡＦ用の光源１５からコリメータレンズ１６に入射して瞳マスク１８から出射したた照明光Ｌ２は、２つの平行光束を含む照明光Ｌ２となる。瞳マスク１８から出射した照明光Ｌ２は、互いに異なる２つの角度から標本ＳのＡＦ領域Ｓｂを照明する。

　図２は、瞳マスク１８の形状を示す図である。図２に示されるように、本実施形態では、瞳マスク１８は、開口１８ａと開口１８ｂとを有している。開口１８ａと開口１８ｂとは、瞳マスク１８の中心１８ｃから等距離の位置に形成されており、互いに同じ径を有している。瞳マスク１８の中心１８ｃは、ＡＦ用光路Ｋ２の光軸に一致している。なお、図２において、グレーで描かれている領域は遮光性を有している。ＡＦ用の光源１５からコリメータレンズ１６に入射して前段のリレーレンズ１７から出射した照明光Ｌ２は、ミラー１９によって反射され、後段のリレーレンズ１２に入射する。ＡＦ用の光源１５から出射された照明光Ｌ２は、コンデンサレンズ１３から出射し、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂを２つの異なる角度から照明する。

　撮像素子５は、対物レンズ３によって導光された標本Ｓの光学像を撮像する。一例として、撮像素子５は、スキャン用の光源７からの照明光Ｌ１が標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射されたときの撮像領域５ａにおける画像データと、ＡＦ用の光源１５からの照明光Ｌ２が標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射されたときのＡＦ領域５ｂにおける画像データとを同一の撮像タイミングで取得する。なお、標本Ｓの光学像とは、明視野照明の場合は透過光による像、暗視野照明の場合は散乱光による像、発光観察（蛍光観察）の場合は発光（蛍光）による像である。撮像素子５は、複数の画素列を有する撮像素子である。撮像素子５としては、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。

　撮像素子５は、照明光Ｌ１の光路Ｋ１において、第２対物レンズ２０によって結像された標本Ｓの光学像を撮像し、画像データを取得する。

　第２対物レンズ２０は、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂの第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とをそれぞれ撮像素子５の撮像面のＡＦ領域５ｂに結像する。撮像素子５のＡＦ領域５ｂが検出光学系６を介して標本面１００ａと共役に配置されている場合、第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とが重なってしまい、ＡＦ領域Ｓｂにおける対物レンズ３の合焦位置情報を算出できない。そのため、撮像素子５のＡＦ領域５ｂ上に、検出光学系６の光軸方向に沿って、照明光Ｌ１の光路長（撮像素子５の撮像領域５ａが検出光学系６を介して撮像領域Ｓａと共役関係を維持）に対し、照明光Ｌ２の光路長をオフセットする光路長オフセット部材２１を配置することで共役関係を崩す。光路長オフセット部材２１は、照明光Ｌ２の光路長をオフセットできればよいので、撮像素子５のＡＦ領域５ｂ上に必ずしも接して配置される必要はない。また、光路長オフセット部材２１は、空気とは異なる屈折率を有する部材であって、例えばガラスやプラスチックなどの材料から構成される。また、光路長オフセット部材２１を撮像素子５の撮像領域５ａ上に配置して、撮像素子５の撮像領域５ａと標本Ｓの撮像領域Ｓａとの共役関係を維持しつつ、撮像素子５のＡＦ領域５ｂと標本ＳのＡＦ領域Ｓｂとの共役関係を崩してもよい。

　撮像素子５の撮像面は、２次元に配列された複数の画素を有している。撮像素子５は、結像された第１の光学像Ｐ１及び第２の光学像Ｐ２に含まれる範囲に対応する撮像面の複数の画素をサブアレイ読み出しにより撮像することができる。サブアレイ読み出しとは、撮像素子５の撮像面を構成する複数の画素のうちの、設定された複数の画素が構成するサブアレイ領域を読み出す撮像素子５の読み出し方法である。

　また、顕微鏡装置１は、標本Ｓに対する対物レンズ３の焦点位置を変更させる対物レンズ駆動部５０と、対物レンズ３に対するステージ２の相対的な位置を対物レンズ３の光軸に交差する方向（スキャン方向）に所定速度で移動させるステージ駆動部５５と、顕微鏡装置１の動作を統括するコンピュータ６０とを備えている。

　対物レンズ駆動部５０は、例えばステッピングモータ（パルスモータ）といったモータやピエゾアクチュエータなどのアクチュエータによって構成されている。対物レンズ駆動部５０は、後述する駆動制御部６２による制御に基づき、対物レンズ３を対物レンズ３の光軸に沿ったＺ方向に駆動する。これにより、標本Ｓに対する対物レンズ３の焦点位置が移動する。

　ステージ駆動部５５は、例えばステッピングモータ（パルスモータ）といったモータやピエゾアクチュエータなどのアクチュエータによって構成されている。ステージ駆動部５５は、後述する駆動制御部６２による制御に基づき、ステージ２を対物レンズ３の光軸の直交面に対して所定の角度（例えば９０度）を有する面についてＸＹ方向に駆動する。これにより、ステージ２に保持された標本Ｓが対物レンズ３の光軸に対して移動し、標本Ｓに対する対物レンズ３の視野位置が移動することとなる。また、ステージ駆動部５５は、ステージ２の位置を検出し得る。例えば、ステージ駆動部５５は、ステージ２に取り付けられたリニアエンコーダによって、ステージ２のＸＹ座標を検出する。ステージ駆動部５５は、検出結果を示す位置情報を生成し、コンピュータ６０に出力する。

　コンピュータ６０は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部、ディスプレイ等の表示部を備えて構成されている。かかるコンピュータ６０としては、例えばパーソナルコンピュータ、マイクロコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。

　コンピュータ６０は、算出部としての画像処理部６１と、制御部としての駆動制御部６２とを有している。画像処理部６１は、撮像素子５の撮像領域５ａから出力される画像データに基づいて、標本Ｓのバーチャルスライド画像を作成する。また、画像処理部６１は、撮像素子５により取得されるＡＦ領域５ｂにおける画像データに基づいて、標本Ｓ上のＡＦ領域Ｓｂに対する対物レンズ３の合焦位置情報を算出する。駆動制御部６２は、ステージ駆動部５５によるスキャン方向の移動に伴って、対物レンズ３の合焦位置情報を算出したＡＦ領域Ｓｂの少なくとも一部を含む領域に対し、撮像領域Ｓａとして照明光Ｌ１を照射する場合に、算出した合焦位置情報に基づいて、検出光学系６の光軸方向に沿って、標本Ｓと対物レンズ３の焦点位置との位置関係を制御する。

　（合焦位置情報の算出方法）
　本実施形態では、所謂自己相関解析によって合焦位置情報の算出が行われる。自己相関解析では、第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とを含むＡＦ領域５ｂの画像データに基づいて、合焦位置情報を算出する。

　図３は、自己相関解析により合焦位置情報を算出する方法を説明するため図である。図４は、自己相関解析により合焦位置情報を算出する方法を示すフローチャートである。図３（ａ）に示されるように、撮像素子５は撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとに分けられている。そこで、図４のステップＳ４０１では、画像処理部６１は、撮像素子５から読み出した画像データのうち、ＡＦ領域５ｂから読み出した画像データを抽出する。図３（ａ）の下の図は、ＡＦ領域５ｂから読み出した画像データを示す。該画像データには、第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２が示されている。次に、ステップＳ４０２において、画像処理部６１は、ＡＦ領域５ｂから読み出した画像データの１次元自己相関関数を計算する。図３（ｂ）にＡＦ領域５ｂから読み出した画像データの１次元自己相関関数の一例を示す。図３（ｂ）において、縦軸は自己相関関数の相関値であり、横軸は画素位置である。自己相関関数を計算する前に、画像データに対してハイパスフィルタやバンドパスフィルタ等を用いたフィルタ処理を行い、高周波情報の抽出及びノイズの低減などを行ってもよい。

　ステップＳ４０３において、画像処理部６１は、ステップＳ４０２で計算した自己相関関数の相関値が極大値を取る画素位置（以下、「ピーク位置」という）を求める。図３（ｂ）の例では、位置ｘがピーク位置である。

　ステップＳ４０４において、画像処理部６１は、事前に用意されたキャリブレーション直線に基づいて合焦位置情報を算出する。図３（ｃ）にキャリブレーション直線の一例を示す。図３（ｃ）において、縦軸はピークシフト量であり、横軸はデフォーカス量である。ステップＳ４０３で求めたピーク位置ｘに対応するデフォーカス量の値が合焦位置情報ｙである。キャリブレーション直線は、キャリブレーション用の試料を用いて実験的に求めてもよいし、光学系の設計に基づいて求めてもよい。このとき、検出光学系６の像面湾曲による撮像領域ＳａとＡＦ領域Ｓｂとの間の焦点位置のずれを考慮してもよい。

　また、駆動制御部６２は、ステージ駆動部５５の動作を制御することによって、ステージ２の移動を制御する。さらに、駆動制御部６２は、スキャン用の光源７及びＡＦ用の光源１５に制御信号を出力し、スキャン用の光源７及びＡＦ用の光源１５による光の出射を制御する。コンピュータ６０は、画像処理部６１及び駆動制御部６２によって、光源７，１５、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、及び撮像素子５によるレーンスキャンの実行を制御する。以下、レーンスキャンについて説明する。

　上述のとおり、２０倍、４０倍、１００倍等といった高倍率を有する対物レンズ３の視野は、標本Ｓの大きさに対して小さい範囲となっている。そのため、一回の撮像で画像を取得できる領域も標本Ｓに対して小さくなる。したがって、標本Ｓの全体を撮像するためには、対物レンズ３の視野を標本Ｓに対して移動させる必要がある。そこで、本実施形態に係る顕微鏡装置１では、標本Ｓを保持するスライドガラスに対して標本Ｓを含むように画像取得領域が設定され、画像取得領域に対するレーンスキャンが実行される。

　（レーンスキャン　スキャン方向先読み）
　図５（ａ）は、本実施形態に係る顕微鏡装置１によるスキャン方向先読みのレーンスキャンを説明するための図である。本実施形態では、予め設定された画像取得領域７１に対して検出光学系６の倍率を考慮した撮像素子５の撮像領域５ａの大きさを割り当てることで、画像取得領域７１に複数の部分領域が設定される。図５（ａ）に示す例では、画像取得領域７１には、Ｙ方向に第１～第６までの複数のレーンが設定され、各レーンには、Ｘ方向（スキャン方向）に１または複数の部分領域７３が設定されている。

　レーンスキャンでは、ステージ２をＸＹ方向に移動させながら、標本Ｓの一部を撮像する。顕微鏡装置１は、ある部分領域７３（撮像領域Ｓａ）に対応する標本Ｓの一部を撮像素子５によって撮像することで、部分領域７３に対応するタイル画像Ｔをそれぞれ取得する。撮像領域５ａが次に撮像する部分領域７３（撮像領域Ｓａ）に移動した後、再び撮像を行って次のタイル画像Ｔを取得する。以降、顕微鏡装置１では、レーン毎に部分領域７３を順次撮像する動作が繰り返し実行され、複数のタイル画像列からなる画像データの取得が行われる。取得された画像データが画像処理部６１によって合成され、標本Ｓ全体を示す画像が形成される。

　ステージ駆動部５５による対物レンズ３の視野位置の移動方式には、例えば図５（ａ）に示されるように、各レーンでスキャン方向が同方向となる一方向スキャン（Ｕｎｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇ）が採用される。図５（ａ）では、画像取得領域７１に対する対物レンズ３の相対的な移動方向が矢印によって示されている。

　図５（ｂ）は、撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとの関係を説明する図である。図５（ｂ）では、撮像素子５の撮像面上における撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとの範囲の関係が模式的に示されている。なお、撮像領域５ａは、タイル画像Ｔを構成する領域である。ＡＦ領域５ｂは、合焦位置情報の算出がなされる領域である。

　図５（ｂ）に示されるように、撮像素子５において、撮像領域５ａのスキャン方向の一方側に隣接してＡＦ領域５ｂが設定されている。撮像領域５ａは、スキャン方向においてＡＦ領域５ｂよりも後方である。これにより、撮像素子５で撮像を行うと、撮像領域５ａでの撮像によりタイル画像Ｔが取得されるのと同時に、撮像領域５ａが次に撮像する部分領域７３での合焦位置情報を算出するための画像データを取得することができる。よって、撮像領域５ａが次に撮像する部分領域７３に移動する前に、算出した合焦位置情報に基づいて対物レンズ３の焦点位置を制御でき、高速なＡＦを実現することができる。

　続いて、顕微鏡装置１のスキャン方向先読みの動作について説明する。図６は、顕微鏡装置１のスキャン方向先読みの動作を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップＳ６０１において、事前に、対物レンズ３に対向するように標本Ｓがステージ２に載置され、画像取得領域７１が決定される。続いて、ステップＳ６０２において、レーンのループが開始される。レーンのループは、ステップＳ６０３の処理、ステップＳ６０４の処理、ステップＳ６０５の処理、ステップＳ６０６の処理、ステップＳ６０７の処理を含む。ステップＳ６０３では、撮像素子５による撮像のループが開始される。撮像素子５による撮像のループは、ステップＳ６０４の処理、ステップＳ６０５の処理、ステップＳ６０６の処理を含む。これらのステップは、ステージ駆動部５５の駆動によって、対物レンズ３に対してステージ２の位置をスキャン方向に沿って移動させながら行われる。つまり、ステージ２を駆動させながら流し撮り撮像が行われる。なお、撮像のたびにステージ２の移動を停止させて静止撮像を行ってもよい。流し撮り撮像を行う場合は、スキャン用の光源７およびＡＦ用の光源１５から発せられる照明光を短時間発光させることにより、または撮像素子５を短時間露光状態とすることによりモーションブラーを抑制してもよい。

　ステップＳ６０４において、駆動制御部６２は、ＡＦ領域Ｓｂにおける画像データから算出されたＡＦ領域Ｓｂに対する対物レンズ３の合焦位置情報に基づいて対物レンズ駆動部５０を制御することにより、検出光学系６の光軸方向に沿って、標本Ｓと対物レンズ３の焦点位置との位置関係を制御する。これにより、撮像領域Ｓａにおいて標本Ｓにフォーカスを合わせることができる。

　ステップＳ６０５において、撮像素子５により撮像を行い、撮像領域Ｓａにおけるタイル画像Ｔ及びＡＦ領域Ｓｂにおける画像データを取得する。

　ステップＳ６０６において、画像処理部６１は、ステップＳ６０５において取得したＡＦ領域Ｓｂの画像データから、次の撮像領域Ｓａに対する合焦位置情報を算出する。なお、各レーンの１回目の撮像は、ＡＦ領域Ｓｂの画像データを取得し、ＡＦ領域Ｓｂにおける合焦位置情報を算出するための撮像であり、各レーンの１回目の撮像では標本Ｓのタイル画像Ｔは取得しない。レーンにおいて最後のタイル画像Ｔを取得すると撮像のループは終了する。

　撮像のループが終了すると、ステップＳ６０７において、ステージ駆動部５５の駆動によって、撮像領域Ｓａを次のレーンに移動させる。移動したレーンにおいて、撮像のループ処理を行い、該レーンにおいて最後のタイル画像Ｔを取得すると、再び撮像領域Ｓａを次のレーンに移動する。最後のレーンにおいて、最後のタイル画像Ｔを取得すると、レーンのループは終了し、顕微鏡装置１の動作は終了する。

　（レーンスキャン　垂直方向先読み）
　図５（ａ）では、スキャン方向に先読みを行う方法について説明を行ったが、スキャン方向に垂直な方向に先読みを行うこともできる。図７（ａ）は、顕微鏡装置１による垂直方向先読みのレーンスキャンを説明するための図である。本実施形態では、予め設定された画像取得領域７１に対して検出光学系６の倍率を考慮した撮像素子５の撮像領域５ａの大きさを割り当てることで、画像取得領域７１に複数の部分領域が設定される。図７（ａ）に示す例では、画像取得領域７１には、Ｘ方向に第１～第７までの複数のレーンが設定され、各レーンには、Ｙ方向（スキャン方向）に１または複数の部分領域７３が設定されている。

　図７（ａ）の例では、ステージ駆動部５５による対物レンズ３の視野位置の移動方式は、隣り合うレーン間でスキャン方向が反転する双方向スキャン（Ｂｉ－ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ　ｓｃａｎｎｉｎｇ）が採用される。図７（ａ）では、画像取得領域７１に対する対物レンズ３の相対的な移動方向が矢印によって示されている。

　図７（ｂ）は、撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとの関係を説明する図である。図７（ｂ）では、撮像素子５の撮像面上における撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとの範囲の関係が模式的に示されている。なお、撮像領域５ａは、タイル画像Ｔを構成する領域である。ＡＦ領域５ｂは、合焦位置情報の算出がなされる領域である。

　図７（ｂ）に示されるように、撮像領域５ａのスキャン方向（Ｙ方向）に垂直な方向（Ｘ方向）の一方側に隣接してＡＦ領域５ｂが設定されている。撮像領域５ａは、スキャン方向に垂直な方向（Ｘ方向）においてＡＦ領域５ｂよりも後方である。これにより、あるレーンでタイル画像を取得している間に、次のレーンにおける合焦位置情報を算出することができる。よって、撮像領域Ｓａが次に撮像する部分領域７３に移動する前に、算出した合焦位置情報に基づいて対物レンズ３の焦点位置を制御でき、高速なＡＦを実現できる。さらに、図７（ａ）の方法では、図５（ａ）の方法に比べて、ＡＦの計算に必要な時間的猶予が生まれ、ＡＦの計算処理への速度要求を低減することができる。

　図８は、顕微鏡装置１の垂直方向先読みの動作を示すフローチャートである。本実施形態では、ステップＳ８０１において、事前に、対物レンズ３に対向するように標本Ｓがステージ２に載置され、画像取得領域７１が決定される。続いて、ステップＳ８０２において、最初のレーンに対する撮像を行う。このとき、最初のレーンには、撮像素子５の撮像領域５ａが配置され、次のレーンには撮像素子５のＡＦ領域５ｂが配置されている。これにより、最初のレーンにおける撮像により、次のレーンの合焦点位置を算出するために必要なＡＦ領域５ｂでの画像データが取得できる。なお、最初のレーンの撮像は、ＡＦ領域５ｂでの画像データを取得するために行われ、標本Ｓのタイル画像Ｔは取得しない。

　ステップＳ８０３において、レーンのループが開始される。レーンのループは、ステップＳ８０４の処理、ステップＳ８０５の処理、ステップＳ８０６の処理を含む。これらのステップは、ステージ駆動部５５の駆動によって、対物レンズ３に対してステージ２の位置をスキャン方向に沿って移動させながら行われる。つまり、ステージ２を駆動させながら流し撮り撮像が行われる。なお、撮像のたびにステージの移動を停止させて静止撮像を行ってもよい。流し撮り撮像を行う場合は、スキャン用の光源７およびＡＦ用の光源１５から発せられる照明光を短時間発光させることにより、または撮像素子５を短時間露光状態とすることによりモーションブラーを抑制してもよい。

　ステップＳ８０４において、ステップＳ８０２において取得したＡＦ領域Ｓｂの画像データを用いて次のレーンの合焦位置情報を算出する。

　ステップＳ８０５において、ステージ駆動部５５の駆動によって、撮像領域Ｓａを次のレーンに移動する。

　ステップＳ８０６において、ステップＳ８０４にて算出した合焦位置情報に基づいて対物レンズ駆動部５０を制御することにより、標本Ｓに対する対物レンズ３の焦点位置を制御しながら、２行目以降のレーンの撮像を行う。最後のレーンの撮像が終了すると、レーンのループは終了し、顕微鏡装置１の動作は終了する。

　なお、図６のステップＳ６０１及び図８のステップＳ８０１における画像取得領域７１の決定に際して、標本Ｓにエッジ部分や飛び地部分がある場合には、これらの部分が画像取得領域７１から外れてしまうことがある。これらの部分が画像取得領域７１から外れてしまうと、標本Ｓ全体を示す画像を適切に形成することができないため好ましくない。そこで、標本Ｓのマクロ画像に基づき画像取得領域７１を決定することが好ましい。また、周囲のＡＦ領域ＳｂのＡＦ結果を用いて、ＡＦ結果が得られなかった領域を補完してもよい。また、ＡＦ領域Ｓｂに収まらない飛び地が存在した場合は、その場所だけ最初にＡＦ画像を取得してもよい。また、最初のレーンはスキャン方向に加えスキャン方向に垂直な方向にもステージ２を動かし、できるだけＡＦ領域Ｓｂに入る構造が多くなるようにしてもよい。また、撮像後にコントラストなどを用いて合焦判定を行い、焦点がずれている視野は再撮像を行うようにしてもよい。

　［実施形態１の変形例］
　図９は、実施形態１の変形例に係る顕微鏡装置１ａの構成を示す図である。なお図９では、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、コンピュータ６０は省略している。

　実施形態１の顕微鏡装置１では、照明光学系４において、１つのミラー１９が、一対のリレーレンズ１７、１２の間であって、標本共役面１００ｃの近傍で、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂとの共役位置に配置されていた。実施形態１の変形例に係る顕微鏡装置１ａでは、照明光学系４ａにおいて、２つのミラー１９ａ、１９ｂが、一対のリレーレンズ１７、１２の間であって標本共役面１００ｃの近傍で、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂとの共役位置にそれぞれ照明光Ｌ１を挟んで配置されている。

　ＡＦ用の光源１５からコリメータレンズ１６に入射し瞳マスク１８から出射した照明光Ｌ２は、それぞれが２つの平行光束を含む２つの照明光Ｌ２となる。瞳マスク１８から出射した２つの照明光Ｌ２は、互いに異なる２つの角度から標本Ｓの２つのＡＦ領域Ｓｂを照明する。ＡＦ用の光源１５からコリメータレンズ１６に入射して前段のリレーレンズ１７から出射した２つの照明光Ｌ２は、２つミラー１９ａ、１９ｂによってそれぞれ反射され、後段のリレーレンズ１２に入射する。後段のリレーレンズ１２から出射した２つの照明光Ｌ２は、コンデンサレンズ１３から出射し、標本Ｓの２つのＡＦ領域Ｓｂをそれぞれ２つの異なる角度から照明する。そして、標本Ｓを照射した２つの照明光Ｌ２は、対物レンズ３を通り、撮像素子５の２つのＡＦ領域５ｂにそれぞれ入射する。撮像素子５の２つのＡＦ領域５ｂ上には、実施形態１と同様、検出光学系６ａの光軸方向に沿って、照明光Ｌ１の光路長に対し、照明光Ｌ２の光路長をオフセットする光路長オフセット部材２１ａ、２１ｂがそれぞれ配置されている。その他の構成は、実施形態１の顕微鏡装置１と同じであるため説明は省略する。

　図１０（ａ）は、本変形例に係る顕微鏡装置１ａによるスキャン方向先読みのレーンスキャンを説明するための図である。図１０（ａ）に示される例では、画像取得領域７１には、Ｙ方向に第１～第６までの複数のレーンが設定され、各レーンには、Ｘ方向（スキャン方向）に１または複数の部分領域７３が設定されている。本変形例のスキャン方向先読みの動作を示すフローチャートは、実施形態１のスキャン方向先読みのフローチャート（図６）と同じである。

　図１０（ｂ）は、本変形例に係る撮像素子５の撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとの関係を説明する図である。図１０では、撮像素子５の撮像面上における撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとの範囲の関係が模式的に示されている。図１０（ｂ）に示すように、撮像領域５ａのスキャン方向の両側に隣接して２つのＡＦ領域５ｂが設定されている。これにより、本変形例では、ステージ駆動部５５による対物レンズ３の視野位置の移動方式として、隣り合うレーン間でスキャン方向が反転する双方向スキャンを採用できる。

　［実施形態２］
　図１１は、実施形態２に係る顕微鏡装置１ｂの構成を示す図である。なお図１１では、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、コンピュータ６０は省略している。図１１に示されるように、本実施形態に係る顕微鏡装置１ｂは、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４ｂと、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する単一の撮像素子５を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）を、それぞれ撮像素子５の撮像領域５ａと、撮像領域５ａとは異なるＡＦ領域５ｂに導く検出光学系６とを備えている。このように、本実施形態では、単一の撮像素子５の撮像面を撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとに分けている。一例として、撮像領域５ａは、結像性能が保証されている視野角（ＦＯＶ）内に設定され、ＡＦ領域５ｂは、ＦＯＶの外側に設定されてもよい。

　照明光学系４ｂは、画像を撮像するとともに、オートフォーカス（ＡＦ）を制御するための照明光学系である。照明光学系４ｂは、単一の光源７から出射された光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。光源７は、照明光Ｌ１として白色光を出射する光源であり、ステージ２の底面側に配置されている。光源７としては、例えば水銀ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。

　光源７からの光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓに照射する照明光学系４ｂは、照明光Ｌ１の光路Ｋ１上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、第１フライアイレンズ９、第２フライアイレンズ１０、及びコンデンサレンズ１３を有している。コリメータレンズ８と第１フライアイレンズ９との間であって、標本Ｓと光学的に共役な標本共役面１００ｄには、特殊マスク（所定マスク）２２が配置されている。光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１は、コンデンサレンズ１３に入射する。コンデンサレンズ１３は、光源７から出射された照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４の開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源側であって標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９は、本実施形態の顕微鏡装置１においては省略してもよい。また、フライアイレンズに代えて、複数のレンズを光軸に垂直な面内に２次元状に配置してもよい。

　また、照明光学系４は、光源７から出射された光を照明光Ｌ２としてステージ２に配置された標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射する。本実施形態において、標本Ｓにおける照明光Ｌ１により照明される領域（撮像領域Ｓａ）と照明光Ｌ２により照明される領域（ＡＦ領域Ｓｂ）は異なっている。光源７は、駆動制御部６２からの制御信号を受けて照明光Ｌ１，Ｌ２である光を出射する。

　光源７からコリメータレンズ８に入射して特殊マスク２２から出射した照明光Ｌ２は、２つの平行光束を含む照明光Ｌ２となる。特殊マスク２２から出射した照明光Ｌ２は、互いに異なる２つの角度から標本ＳのＡＦ領域Ｓｂを照明する。

　図１２（ａ）は、図１１における照明光学系４ｂを拡大して示した図である。図１２（ｂ）は第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０の形状を示し、図１２（ｃ）は特殊マスク２２の形状を示している。図１２（ａ）において、破線で示された光線は、特殊マスク２２を配置した場合に特殊マスク２２により遮断される光線であることを示している。よって、特殊マスク２２を配置しない場合、標本面１００ａには位置によらず同じ照明光（以下、「通常の照明光」という）が照明されることになる。特殊マスク２２を配置した場合、破線で示された光線は特殊マスク２２により遮断され実線の光線のみが特殊マスク２２を通過する。図１２（ａ）に示されるように、標本面１００ａにおいて、視野中心から左側の撮像領域Ｓａには通常の照明光が照射され、右側の視野端のＡＦ領域Ｓｂには、互いに異なる斜め２方向からの光を含む照明光が照射される。このように、特殊マスク２２を配置することで、撮像領域Ｓａからの照明光及びＡＦ領域Ｓｂからの照明光の、対物レンズ３の瞳面１００ｈにおける断面形状に違いを生じさせることができる。

　図１２（ｂ）に示されるように、第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０には、複数のレンズセルがマトリクス上に配置されている。各レンズセルが瞳に対応しており、１つのレンズセル内の位置が標本面の位置に対応している。

　図１２（ｃ）に示されるように、特殊マスク２２には、撮像領域Ｓａの共役位置（特殊マスク２２の中央部）に開口２２ａが形成されている。また、ＡＦ領域Ｓｂの共役位置（特殊マスク２２の周辺部）に開口２２ｂ（２つ以上）が形成されている。開口２２ｂを通った光がＡＦ領域Ｓｂに照射される。このように、特殊マスク２２は、予め複数の開口が形成された部材であるが、これに限られず、液晶素子やＤＭＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｍｉｒｒｏｒ　Ｄｅｖｉｃｅ）等の空間光変調素子を制御して複数の所定開口を形成する場合も含む。

　撮像素子５は、対物レンズ３によって導光された標本Ｓの光学像を撮像する。撮像素子５は、光源７からの照明光Ｌ１が標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射されたときの撮像領域５ａにおける画像データと、光源７からの照明光Ｌ２が標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射されたときのＡＦ領域５ｂにおける画像データとを同一の撮像タイミングで取得する。なお、標本Ｓの光学像とは、明視野照明の場合は透過光による像、暗視野照明の場合は散乱光による像、発光観察（蛍光観察）の場合は発光（蛍光）による像である。撮像素子５は、複数の画素列を有する撮像素子である。撮像素子５としては、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。

　なお、本実施形態において、「合焦位置情報の算出方法」、「レーンスキャン」については、実施形態１と同様であるため説明を省略する。

　［実施形態３］
　図１３は、実施形態３に係る顕微鏡装置１ｃの構成を示す図である。図１３に示すように、顕微鏡装置１ｃは、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４ｃと、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する単一の撮像素子５を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）を、それぞれ撮像素子５の撮像領域５ａと、撮像領域５ａとは異なるＡＦ領域５ｂに導く検出光学系６とを備えている。このように、本実施形態では、単一の撮像素子５の撮像面を撮像領域５ａとＡＦ領域５ｂとに分けている。一例として、撮像領域５ａは、結像性能が保証されている視野角（ＦＯＶ）内に設定され、ＡＦ領域５ｂは、ＦＯＶの外側に設定されてもよい。

　照明光学系４ｃは、画像を撮像するとともに、オートフォーカス（ＡＦ）を制御するための照明光学系である。照明光学系４ｃは、光源７から出射された光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。光源７は、照明光Ｌ１として白色光を出射する光源であり、ステージ２の底面側に配置されている。スキャン用の光源７としては、例えば水銀ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。

　光源７からの光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓに照射する照明光学系４ｃは、照明光Ｌ１の光路Ｋ１上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、第１フライアイレンズ９、第２フライアイレンズ１０、一対のリレーレンズ１１，１２、及びコンデンサレンズ１３を有している。第２フライアイレンズ１０とリレーレンズ１１との間には、開口絞り１４が配置されている。光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。一対のリレーレンズ１１，１２は、コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１をコンデンサレンズ１３にリレーする。コンデンサレンズ１３は、光源７から出射された照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４ｃの開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源７側であって標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、本実施形態の顕微鏡装置１ｃにおいては省略してもよい。

　また、照明光学系４ｃは、光源７から出射された光を照明光Ｌ２としてステージ２に配置された標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射する。本実施形態において、標本Ｓにおける照明光Ｌ１により照明される領域（撮像領域Ｓａ）と照明光Ｌ２により照明される領域（ＡＦ領域Ｓｂ）は異なっている。光源７は、駆動制御部６２からの制御信号を受けて照明光Ｌ１，Ｌ２である光を出射する。

　照明光学系４ｃには、照明光Ｌ２の光路Ｋ２上に、一対のリレーレンズ１１，１２の間であって、標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面１００ｃ上で、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂとの共役位置に位相回折格子２３が配置されている。光源７からコリメータレンズ８に入射して位相回折格子２３から出射した照明光Ｌ２は、互いに異なる２つの角度から標本ＳのＡＦ領域Ｓｂを照明する。位相回折格子２３は、互いに異なる２方向からの光を含む照明光Ｌ２を形成する。

　［実施形態３の変形例］
　図１４は、実施形態３の変形例に係る顕微鏡装置１ｄの構成を示す図である。なお図１４では、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、コンピュータ６０は省略している。

　実施形態３の顕微鏡装置１ｃでは、照明光学系４ｃにおいて、１つの位相回折格子２３が、一対のリレーレンズ１１，１２の間であって、標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面で、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂとの共役位置に配置されていた。実施形態３の変形例に係る顕微鏡装置１ｄでは、照明光学系４ｃ’において、２つの位相回折格子２３ａ，２３ｂが、一対のリレーレンズ１１、１２の間であって標本共役面１００ｃ上で、標本Ｓの２つのＡＦ領域Ｓｂとの共役位置にそれぞれ照明光Ｌ１を挟んで配置されている。

　光源７からコリメータレンズ８に入射して位相回折格子２３ａ，２３ｂから出射した２つの照明光Ｌ２は、互いに異なる２つの角度から標本Ｓの２つのＡＦ領域Ｓｂを照明する。後段のリレーレンズ１２から出射した２つの照明光Ｌ２は、コンデンサレンズ１３から出射し、標本Ｓの２つのＡＦ領域Ｓｂをそれぞれ２つの異なる角度から照明する。そして、標本Ｓを照射した２つの照明光Ｌ２は、対物レンズ３を通り、撮像素子５の２つのＡＦ領域５ｂにそれぞれ入射する。撮像素子５の２つのＡＦ領域５ｂ上には、検出光学系６ａの光軸方向に沿って、照明光Ｌ１の光路長に対し、照明光Ｌ２の光路長をオフセットする光路長オフセット部材２１ａ、２１ｂがそれぞれ配置されている。その他の構成は、実施形態３の顕微鏡装置１ｃと同じであるため説明は省略する。

　本変形例では、図１０（ｂ）に示すように、撮像領域５ａのスキャン方向の両側に隣接してＡＦ領域５ｂが設定されている。これにより、本変形例では、ステージ駆動部５５による対物レンズ３の視野位置の移動方式として、隣り合うレーン間でスキャン方向が反転する双方向スキャンを採用できる。

　［実施形態４］
　図１５は、実施形態４に係る顕微鏡装置１ｅの構成を示す図である。なお図１５では、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、コンピュータ６０は省略している。図１５に示すように、顕微鏡装置１ｅは、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４ｂと、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する２つの撮像素子（第１撮像素子、第２撮像素子）５１，５２を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）とを、それぞれ撮像素子５１と、撮像素子５２に導く検出光学系６ｂを備えている。

　光源７からの光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓに照射する照明光学系４ｂは、照明光Ｌ１の光路Ｋ１上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、第１フライアイレンズ９、第２フライアイレンズ１０、及びコンデンサレンズ１３を有している。コリメータレンズ８と第１フライアイレンズ９との間であって、標本Ｓと光学的に共役な標本共役面１００ｄには、図１２（ｃ）に示す特殊マスク２２が配置されている。光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１は、コンデンサレンズ１３に入射する。コンデンサレンズ１３は、光源７から出射した照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４ｂの開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源７側であって標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９は、本実施形態の顕微鏡装置１ｅにおいては省略してもよい。また、フライアイレンズに代えて、複数のレンズを光軸に垂直な面内に２次元状に配置してもよい。

　また、照明光学系４ｂは、光源７から出射した光を照明光Ｌ２としてステージ２に配置された標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射する。本実施形態において、標本Ｓにおける照明光Ｌ１により照明される領域（撮像領域Ｓａ）と照明光Ｌ２により照明される領域（ＡＦ領域Ｓｂ）は異なっている。光源７は、駆動制御部６２からの制御信号を受けて照明光Ｌ１，Ｌ２である光を出射する。

　光源７からコリメータレンズ８に入射して特殊マスク２２から出射した照明光Ｌ２は、２つの平行光束を含む照明光Ｌ２となる。特殊マスク２２から出射した照明光Ｌ２は、互いに異なる２つの角度から標本ＳのＡＦ領域Ｓｂを照明する。本実施形態では、実施形態２と同様、特殊マスク２２を配置することで、撮像領域Ｓａからの照明光及びＡＦ領域Ｓｂからの照明光の、対物レンズ３の瞳面１００ｈにおける断面形状に違いを生じさせることができる。

　本実施形態の検出光学系６ｂは、対物レンズ３と第２対物レンズ２０ａ，２０ｂそれぞれとの間であって、対物レンズ３の対物瞳面１００ｆの近傍にハーフミラー２４を有する。

　撮像素子５１，５２は、対物レンズ３によって導光された標本Ｓの光学像を撮像する。撮像素子５１は、光源７からの照明光Ｌ１が標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射され、ハーフミラー２４を透過したときの画像データを取得する。撮像素子５２は、光源７からの照明光Ｌ２が標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射されハーフミラー２４により反射されたときの画像データを取得する。これら画像データは同一の撮像タイミングで取得される。なお、標本Ｓの光学像とは、明視野照明の場合は透過光による像、暗視野照明の場合は散乱光による像、発光観察（蛍光観察）の場合は発光（蛍光）による像である。撮像素子５１，５２は、複数の画素列を有する撮像素子である。撮像素子５１，５２としては、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。

　撮像素子５１，５２は、光路Ｋ１，Ｋ２において、第２対物レンズ２０ａ，２０ｂによって結像された標本Ｓの光学像を撮像し、画像データを取得する。

　第２対物レンズ２０ｂは、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂの第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とをそれぞれ撮像素子５２の撮像面に結像する。撮像素子５２のＡＦ領域５ｂが検出光学系６ｂを介して標本面１００ａと共役に配置されている場合、第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とが重なってしまい、ＡＦ領域Ｓｂにおける対物レンズ３の合焦位置情報を算出できない。そのため、撮像素子５２を、標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面１００ｇからオフセットされた位置に配置する。

　撮像素子５１，５２の撮像面は、２次元に配列された複数の画素を有している。撮像素子５２は、結像された第１の光学像Ｐ１及び第２の光学像Ｐ２に含まれる範囲に対応する撮像面の複数の画素をサブアレイ読み出しにより撮像することができる。サブアレイ読み出しとは、撮像素子５１，５２の撮像面を構成する複数の画素のうちの、設定された複数の画素が構成するサブアレイ領域を読み出す撮像素子５１，５２の読み出し方法である。

　［実施形態５］
　図１６は、実施形態５に係る顕微鏡装置１ｆの構成を示す図である。図１６に示すように、顕微鏡装置１ｆは、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４ｃと、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する２つの撮像素子５１，５２を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）とを、それぞれ撮像素子５１と、撮像素子５２に導く検出光学系６ｂを備えている。

　照明光学系４ｃは、画像を撮像するとともに、オートフォーカス（ＡＦ）を制御するための照明光学系である。照明光学系４ｃは、光源７から出射された光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。光源７は、照明光Ｌ１として白色光を出射する光源であり、ステージ２の底面側に配置されている。光源７としては、例えば水銀ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。

　光源７からの光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓに照射する照明光学系４ｃは、照明光Ｌ１の光路Ｋ１上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、第１フライアイレンズ９、第２フライアイレンズ１０、一対のリレーレンズ１１，１２、及びコンデンサレンズ１３を有している。第２フライアイレンズ１０とリレーレンズ１１との間には、開口絞り１４が配置されている。光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。一対のリレーレンズ１１，１２は、コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１をコンデンサレンズ１３にリレーする。コンデンサレンズ１３は、光源７から出射した照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４ｃの開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源７側であって標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、本実施形態の顕微鏡装置１ｆにおいては省略してもよい。

　また、照明光学系４ｃは、光源７から出射した光を照明光Ｌ２としてステージ２に配置された標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射する。本実施形態において、標本Ｓにおける照明光Ｌ１により照明される領域（撮像領域Ｓａ）と照明光Ｌ２により照明される領域（ＡＦ領域Ｓｂ）は異なっている。光源７は、駆動制御部６２からの制御信号を受けて照明光Ｌ１，Ｌ２である光を出射する。

　撮像素子５１，５２は、対物レンズ３によって導光された標本Ｓの光学像を撮像する。撮像素子５１は、光源７からの照明光Ｌ１が標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射されハーフミラー２４を透過したときの画像データを取得する、撮像素子５２は、光源７からの照明光Ｌ２が標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射されハーフミラー２４により反射されたときの画像データを取得する。これら画像データは同一の撮像タイミングで取得される。なお、標本Ｓの光学像とは、明視野照明の場合は透過光による像、暗視野照明の場合は散乱光による像、発光観察（蛍光観察）の場合は発光（蛍光）による像である。撮像素子５は、複数の画素列を有する撮像素子である。撮像素子５１，５２としては、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。

　第２対物レンズ２０ｂは、標本ＳのＡＦ領域Ｓｂの第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とをそれぞれ撮像素子５２の撮像面に結像する。撮像素子５２のＡＦ領域５ｂが検出光学系６を介して標本面１００ａと共役に配置されている場合、第１の光学像Ｐ１と第２の光学像Ｐ２とが重なってしまい、ＡＦ領域Ｓｂにおける対物レンズ３の合焦位置情報を算出できない。そのため、撮像素子５２を標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面１００ｇからオフセットされた位置に配置する。

　［実施形態６］
　図１７は、実施形態６に係る顕微鏡装置１ｇの構成を示す図である。なお図１７では、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、コンピュータ６０は省略している。図１７に示すように、顕微鏡装置１ｇは、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４ｄと、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する単一の撮像素子５を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）を、それぞれ撮像素子５の撮像領域５ａと、撮像領域５ａとは異なるＡＦ領域５ｂに導く検出光学系６ｃとを備えている。

　照明光学系４ｄは、画像を撮像するとともに、オートフォーカス（ＡＦ）を制御するための照明光学系である。照明光学系４ｄは、単一の光源７から出射された光を照明光Ｌ１としてステージ２に配置された標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。光源７は、照明光Ｌ１として白色光を出射する光源であり、ステージ２の底面側に配置されている。光源７としては、例えば水銀ランプ、レーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、キセノンフラッシュランプなどが用いられる。

　照明光学系４ｄは、照明光Ｌ１，Ｌ２の光路Ｋ１，Ｋ２上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、第１フライアイレンズ９、第２フライアイレンズ１０、及びコンデンサレンズ１３を有している。第２フライアイレンズ１０とリレーレンズ１１との間には、開口絞り１４が配置されている。

　光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１は、コンデンサレンズ１３に入射する。コンデンサレンズ１３は、光源７から出射された照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４ｄの開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源７側であって標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、本実施形態の顕微鏡装置１ｇにおいては省略してもよい。

　また、照明光学系４ｄは、光源７から出射された光を照明光Ｌ２としてステージ２に配置された標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射する。本実施形態において、標本Ｓにおける照明光Ｌ１により照明される領域（撮像領域Ｓａ）と照明光Ｌ２により照明される領域（ＡＦ領域Ｓｂ）は異なっている。光源７は、駆動制御部６２からの制御信号を受けて照明光Ｌ１，Ｌ２である光を出射する。

　撮像素子５は、照明光Ｌ１，Ｌ２の光路Ｋ１，Ｋ２において、第２対物レンズ２０によって結像された標本Ｓの光学像を撮像し、画像データを取得する。

　検出光学系６ｃは、検出光学系６ｃの光軸方向に沿って、照明光Ｌ２の光路長をＡＦ領域Ｓｂ内の位置に応じて変化させる三角柱型のプリズム２５を、撮像素子５のＡＦ領域５ｂ上に有する。また、検出光学系６ｃは、検出光学系６ｃの光軸方向に沿って、照明光Ｌ１の光路長をオフセットする光路長オフセット部材２６を、撮像素子５の撮像領域５ａ上に有する。プリズム２５は、空気とは異なる屈折率を有する部材であって、例えばガラスやプラスチックなどの材料から構成される。光路長オフセット部材２６は、光路長オフセット部材２１と同様、空気とは異なる屈折率を有する部材であって、例えばガラスやプラスチックなどの材料から構成される。

　本実施形態では、自己相関解析を用いて合焦位置情報を算出するのではなく、ＡＦ領域５ｂで取得された画像データのコントラスト値が最も大きい位置に基づいて合焦位置情報を算出する。

　ＡＦ領域Ｓｂの位置に応じてプリズム２５を通る光の光路長は異なる。光路長オフセット部材２６を配置せずプリズム２５のみを配置する場合、プリズム２５を通らない光が最短の光路長を有する。よって、プリズム２５のみを配置した場合だと、ＡＦ領域Ｓｂにおける光軸方向の光路長が撮像領域Ｓａに対しプラス側のコントラスト値しか取得できず、合焦位置情報を適切に算出できない。そこで、撮像領域Ｓａ上に光路長オフセット部材２６を配置することで、光路長オフセット部材２６の厚さより薄いプリズム２５の部分を通過する光の光路長は、撮像領域Ｓａを通過する光の光路長より短くなり、その結果、ＡＦ領域Ｓｂにおける光軸方向の光路長が撮像領域Ｓａに対しマイナス側のコントラスト値を取得できるようになる。これによって、適切に合焦位置情報を取得できる。

　なお、本実施形態において、「レーンスキャン」については、実施形態１と同様であるため説明を省略する。

　［実施形態７］
　図１８は、実施形態７に係る顕微鏡装置１ｈの構成を示す図である。なお図１８では、対物レンズ駆動部５０、ステージ駆動部５５、コンピュータ６０は省略している。図１８に示すように、顕微鏡装置１ｈは、標本Ｓが保持されるステージ２と、ステージ２上の標本Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４ｄと、対物レンズ３及び該対物レンズ３によって導光された光学像を撮像する単一の撮像素子５を含み、照明光のうち、標本Ｓの撮像領域Ｓａ（第１領域）を介した照明光Ｌ１（第１照明光）と、標本Ｓの撮像領域Ｓａとは異なるＡＦ領域Ｓｂ（第２領域）を介した照明光Ｌ２（第２照明光）を、それぞれ撮像素子５の撮像領域５ａと、撮像領域５ａとは異なるＡＦ領域５ｂに導く検出光学系６ｄとを備えている。

　照明光学系４ｄは、照明光Ｌ１，Ｌ２の光路Ｋ１，Ｋ２上に、光源７側から順に配置された、コリメータレンズ８、第１フライアイレンズ９、第２フライアイレンズ１０、及びコンデンサレンズ１３を有している。第２フライアイレンズ１０とコンデンサレンズ１３との間には、開口絞り１４が配置されている。

　光源７から出射された照明光Ｌ１は、コリメータレンズ８に入射する。コリメータレンズ８から出射した照明光Ｌ１は、コンデンサレンズ１３に入射する。コンデンサレンズ１３は、光源７から出射した照明光Ｌ１を標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射する。照明光学系４ｄの開口数（ＮＡ）は、変更可能となっている。第２フライアイレンズ１０は、瞳共役面１００ｅ上に配置されている。第１フライアイレンズ９は、第２フライアイレンズ１０の光源側であって標本共役面１００ｄの近傍に配置されている。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、標本面１００ａにおいて照明光Ｌ１を均一化する。第１フライアイレンズ９及び第２フライアイレンズ１０は、本実施形態の顕微鏡装置１ｈにおいては省略してもよい。

　本実施形態の検出光学系６ｄは、第２対物レンズ２０の撮像素子５側に配置された、ミラー２７と、複数のビームスプリッタからなるビームスプリッタアレイ２８とを有する。ビームスプリッタアレイ２８は、検出光学系６ｄの光軸方向に沿って、照明光Ｌ２の光路長をＡＦ領域Ｓｂ内の位置に応じて変化させる。ビームスプリッタアレイ２８は、少なくとも３個以上のビームスプリッタからなることが好ましい。

　撮像素子５は、対物レンズ３によって導光された標本Ｓの光学像を撮像する。撮像素子５は、光源７からの照明光Ｌ１が標本Ｓの撮像領域Ｓａに照射されミラー２７により反射されたときの撮像領域５ａにおける画像データと、光源７からの照明光Ｌ２が標本ＳのＡＦ領域Ｓｂに照射されビームスプリッタアレイ２８により反射されたときのＡＦ領域５ｂにおける画像データとを同一の撮像タイミングで取得する。なお、標本Ｓの光学像とは、明視野照明の場合は透過光による像、暗視野照明の場合は散乱光による像、発光観察（蛍光観察）の場合は発光（蛍光）による像である。撮像素子５は、複数の画素列を有する撮像素子である。撮像素子５としては、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサが挙げられる。

　本実施形態では、実施形態６と同様、ＡＦ領域５ｂで取得された画像データのコントラスト値が最も大きい位置に基づいて合焦位置情報を算出する。

　また本実施形態では、ミラー２７に対してビームスプリッタアレイ２８を＋Ｚ方向に配置している。図１９は、ビームスプリッタアレイ２８の配置変形例を示す図である。図１９（ａ）、（ｂ）に示されるように、ミラー２７に対してビームスプリッタアレイ２８をＺ方向の位置は同じで、Ｘ方向において異なる位置に配置してもよい。図１９（ａ）は、撮像素子５の撮像面を上から見た図であり、図１９（ｂ）は、撮像面を横から見た図である。

　また、上記実施形態１～５及び各変形例において、対物レンズ３の瞳面（対物瞳面）１００ｈにおいて、照明光Ｌ１の断面形状Ｈａと照明光Ｌ２の断面形状Ｈｂとは、異なる形状で形成されている。これは、標本Ｓの撮像領域Ｓａには通常の照明光が照射され、標本ＳのＡＦ領域Ａｂには互いに異なる２方向からの光を含む照明光が照射されるためである。図２０は、標本Ｓの標本面１００ａでの照明光と対物レンズ３の対物瞳面１００ｈでの照明光との関係を示す図である。図２０に示されるように、対物レンズ３の対物瞳面１００ｈにおいて、照明光Ｌ１の断面形状Ｈａと照明光Ｌ２の断面形状Ｈｂとは異なる形状になっている。対物瞳面１００ｈには、照明光Ｌ１の照明パターンを挟んで照明光Ｌ２の２つの照明パターンが形成されている。

　なお、上記各実施形態及び各変形例において、顕微鏡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈは、正立顕微鏡である。しかしながら、各実施形態及び各変形例において、顕微鏡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈは、倒立顕微鏡であってもよい。この場合、標本Ｓを保持するステージ２と対物レンズ３が対向して配置される。

　また、上記各実施形態及び各変形例において、顕微鏡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈは、明視野顕微鏡である。しかしながら、上記各実施形態及び各変形例において、顕微鏡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈは、位相差顕微鏡であってもよい。この場合、実施形態１、実施形態１の変形例、実施形態３、実施形態３の変形例、実施形態４、実施形態６、及び実施形態７では、開口絞り１４の位置に位相リングを入れ、位相差対物レンズを用いてもよい。実施形態２及び実施形態４では、メイン照明領域において、対物瞳面の位相リングを通る光線のみ透過するマスクを用いてもよい。

　また、各実施形態において、撮像領域５ａにおける画像データとＡＦ領域５ｂにおける画像データとを同一の撮像タイミングで取得していた。しかしながら、これに限られず、撮像領域５ａにおける画像データとＡＦ領域５ｂにおける画像データとを異なる撮像タイミング、例えばタイミングをずらしたパルス照射で取得してもよい。

　また、実施形態４及び５において、ＡＦ領域Ｓｂにおける対物レンズ３の合焦位置情報を算出するため、撮像素子５２は、標本面１００ａと光学的に共役な標本共役面１００ｇからオフセットされた位置に配置されていた。しかしながら、これに限られず、撮像素子５１及び撮像素子５２は、検出光学系６ｂを介した、撮像素子５１の共役面と撮像素子５２の共役面とが、標本Ｓにおいて互いに一致しないようにそれぞれ配置されていればよい。図２１及び図２２は、撮像素子５１の共役面と撮像素子５２の共役面とが、標本Ｓにおいて互いに一致しないようにそれぞれ配置されている様子を示した図である。

　図２１は、撮像素子５１の共役面５１０ａと撮像素子５２の共役面５２０ａとが標本面１００ａに一致している状態から、撮像素子５１の共役面５１０ａと撮像素子５２の共役面５２０ａとが標本面１００ａにおいて互いに一致しないようにオフセットされた状態を示している。図２１に示されているように、撮像素子５１，５２が互いにオフセットしていない状態では、撮像素子５１，５２の撮像面５１ａ，５２ａは対物レンズ３の焦点共役面ｆａ，ｆｂ上にあり、撮像素子５１，５２の共役面５１０ａ，５２０ａは、標本面１００ａ及び対物レンズ３の焦点面ｆ上にある。撮像素子５１，５２が互いにオフセットした状態では、２つの撮像素子５１，５２が標本空間における異なる２つのＺ面とそれぞれ共役になっており、撮像素子５２の撮像面５２ａが対物レンズ３の焦点共役面ｆｂからシフトしている。

　図２２は、撮像素子５１と撮像素子５２とが標本空間における同一のＺ面と共役である状態から、撮像素子５１の共役面５１０ａと撮像素子５２の共役面５２０ａとが標本面１００ａにおいて互いに一致しないようにオフセットされた状態を示している。図２２に示されているように、撮像素子５１，５２が互いにオフセットしていない状態では、撮像素子５１，５２の撮像面５１ａ，５２ａは対物レンズ３の焦点共役面ｆａ，ｆｂからシフトした位置にあるが、撮像素子５１，５２の共役面５１０ａ，５２０ａは、ともに同じ位置にある。撮像素子５１，５２が互いにオフセットした状態では、撮像素子５２の撮像面５２ａが対物レンズ３の焦点共役面ｆｂに一致し、撮像素子５１の撮像面５１ａが対物レンズ３の焦点共役面ｆａからシフトしている。このように、撮像素子５１と対物レンズ３の焦点面ｆとは必ずしも共役でなくてもよい。ただし、撮像時には、対物レンズ３又は標本Ｓを上下動させ、撮像素子５１の共役面と標本面１００ａとを一致させる必要がある。

　上記実施形態１，２，３，６，７によれば、顕微鏡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｇ，１ｈは、対物レンズ３に対向するように標本が載置されるステージ２と、対物レンズ３に対するステージ２の相対的な位置を対物レンズ３の光軸に交差するスキャン方向に移動させる駆動部５５と、標本Ｓに照射される照明光を出射する照明光学系４，４ａ，４ｂ，４ｃ，４ｃ’，４ｄと、対物レンズ３及び単一の撮像素子５を含み、照明光のうち、標本Ｓの第１領域Ｓａを介した第１照明光Ｌ１と、標本Ｓの第１領域Ｓａとは異なる第２領域Ｓｂを介した第２照明光Ｌ２とを撮像素子５のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系６，６ａ，６ｃ，６ｄと、撮像素子５により取得される第２領域Ｓｂにおける画像データに基づいて、第２領域Ｓｂに対する対物レンズ３の合焦位置情報を算出する算出部６１と、制御部６２と、を備える。制御部６２は、駆動部５５によるスキャン方向の移動に伴って、合焦位置情報を算出した第２領域Ｓｂの少なくとも一部を含む領域に対し、第１領域Ｓａとして第１照明光Ｌ１を照射する場合に、合焦位置情報に基づいて、検出光学系６，６ａ，６ｃ，６ｄの光軸方向に沿って、標本Ｓと対物レンズ３の焦点位置との位置関係を制御する。

　これにより、実施形態１，２，３，６，７に係る顕微鏡装置１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｇ，１ｈは、単一の撮像素子５を用いた簡易な構成でリアルタイムＡＦを実施することができる。

　上記実施形態２，３，４，５によれば、顕微鏡装置１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、対物レンズ３に対向するように標本が載置されるステージ２と、対物レンズ３に対するステージ２の相対的な位置を対物レンズ３の光軸に交差するスキャン方向に移動させる駆動部５５と、単一の光源７からの光を、標本Ｓに照射される照明光として出射する照明光学系４ｂ，４ｃ，４ｃ’と、対物レンズ３及び撮像素子５（５１，５２）を含み、照明光のうち、標本Ｓの第１領域Ｓａを介した第１照明光Ｌ１と、標本Ｓの第１領域Ｓａとは異なる第２領域Ｓｂを介した第２照明光Ｌ２とを撮像素子５（５１，５２）のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系６，６ａ，６ｂと、撮像素子５（５１，５２）により取得される第２領域Ｓｂにおける画像データに基づいて、第２領域Ｓｂに対する対物レンズ３の合焦位置情報を算出する算出部６１と、制御部６２と、を備える。対物レンズ３の瞳面１００ｈにおいて、第１照明光Ｌ１の断面形状と第２照明光Ｌ２の断面形状とは、異なる形状で形成されている。制御部６２は、駆動部５５によるスキャン方向の移動に伴って、合焦位置情報を算出した第２領域Ｓｂの少なくとも一部を含む領域に対し、第１領域Ｓａとして第１照明光Ｌ１を照射する場合に、合焦位置情報に基づいて、検出光学系６，６ａ，６ｂの光軸方向に沿って、標本Ｓと対物レンズ３の焦点位置との位置関係を制御する。

　これにより、実施形態２，３，４，５に係る顕微鏡装置１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆは、単一の光源７を用いた簡易な構成でリアルタイムＡＦを実施することができる。

　以上、本開示の各実施形態について説明したが、本開示は、上記各実施形態に限定して解釈されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲内において種々の実施形態及び組み合わせに適用することができる。

１・・・顕微鏡装置、Ｓ・・・標本、２・・・ステージ、３・・・対物レンズ、５５・・・駆動部、４・・・照明光学系、６・・・検出光学系、５・・・撮像素子、Ｓａ・・・第１領域、Ｓｂ・・・第２領域、Ｌ１・・・第１照明光、Ｌ２・・・第２照明光、６１・・・算出部、６２・・・制御部

Claims

　対物レンズに対向するように標本が載置されるステージと、
　前記対物レンズに対する前記ステージの相対的な位置を前記対物レンズの光軸に交差するスキャン方向に移動させる駆動部と、
　前記標本に照射される照明光を出射する照明光学系と、
　前記対物レンズ及び単一の撮像素子を含み、照明光のうち、前記標本の第１領域を介した第１照明光と、前記標本の前記第１領域とは異なる第２領域を介した第２照明光とを前記撮像素子のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系と、
　前記撮像素子により取得される前記第２領域における画像データに基づいて、前記第２領域に対する前記対物レンズの合焦位置情報を算出する算出部と、
　制御部と、を備え、
　前記制御部は、前記駆動部による前記スキャン方向の移動に伴って、前記合焦位置情報を算出した前記第２領域の少なくとも一部を含む領域に対し、前記第１領域として前記第１照明光を照射する場合に、前記合焦位置情報に基づいて、前記検出光学系の光軸方向に沿って、前記標本と前記対物レンズの焦点位置との位置関係を制御する、顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、前記第１領域に前記第１照明光を照射するとともに、前記第２領域に互いに異なる２方向からの光を含む前記第２照明光を照射し、
　前記検出光学系は、前記光軸方向に沿って、前記第１照明光の光路長に対し、前記第２照明光の光路長をオフセットする光路長オフセット部材を含む、請求項１に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、第１光源からの光を前記第１照明光として前記第１領域に照射するとともに、前記第１光源とは異なる第２光源からの光を前記第２照明光として前記第２領域に照射する、請求項２に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、前記対物レンズの瞳面と光学的に共役である、前記第２照明光が通過する瞳共役面に配置された瞳マスクを含む、請求項３に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、第３光源からの光を前記第１照明光として前記第１領域に照射するとともに、前記第３光源からの光を前記第２照明光として前記第２領域に照射することを可能にするレンズアレイ及び所定マスクを含む、請求項２に記載の顕微鏡装置。
　前記レンズアレイは、前記対物レンズの瞳と共役な面に配置され、
　前記所定マスクは、前記標本と共役な面に配置されている、請求項５に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、
　　第４光源からの光を前記第１照明光として前記第１領域に照射し、
　　前記標本の標本面と共役な標本共役面上に配置され、前記第４光源からの光を前記第２照明光として前記第２領域に照射することを可能にする位相回折格子を含む、請求項２に記載の顕微鏡装置。
　前記検出光学系は、
　前記光軸方向に沿って、前記２照明光の光路長を前記２領域内の位置に応じて変化させるプリズムと、
　前記光軸方向に沿って、前記第１照明光の光路長をオフセットする光路長オフセット部材と、を含む、請求項１に記載の顕微鏡装置。
　前記検出光学系は、前記光軸方向に沿って、前記第２照明光の光路長を前記第２領域内の位置に応じて変化させる複数のビームスプリッタを含む、請求項１に記載の顕微鏡装置。
　対物レンズに対向するように標本が載置されるステージと、
　前記対物レンズに対する前記ステージの相対的な位置を前記対物レンズの光軸に交差するスキャン方向に移動させる駆動部と、
　単一の光源からの光を、前記標本に照射される照明光として出射する照明光学系と、
　前記対物レンズ及び撮像素子を含み、照明光のうち、前記標本の第１領域を介した第１照明光と、前記標本の前記第１領域とは異なる第２領域を介した第２照明光とを前記撮像素子のそれぞれ異なる領域に導く検出光学系と、
　前記撮像素子により取得される前記第２領域における画像データに基づいて、前記第２領域に対する前記対物レンズの合焦位置情報を算出する算出部と、
　制御部と、を備え、
　前記対物レンズの瞳面において、前記第１照明光の断面形状と前記第２照明光の断面形状とは、異なる形状で形成されており、
　前記制御部は、前記駆動部による前記スキャン方向の移動に伴って、前記合焦位置情報を算出した前記第２領域の少なくとも一部を含む領域に対し、前記第１領域として前記第１照明光を照射する場合に、前記合焦位置情報に基づいて、前記検出光学系の光軸方向に沿って、前記標本と前記対物レンズの焦点位置との位置関係を制御する、顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、前記第１領域に前記第１照明光を照射するとともに、前記第２領域に互いに異なる２方向からの光を含む前記第２照明光を照射し、
　前記検出光学系は、前記光軸方向に沿って、前記第１照明光の光路長に対し、前記第２照明光の光路長をオフセットする光路長オフセット部材を含む、請求項１０に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、前記第１領域に前記第１照明光を照射するとともに、前記第２領域に互いに異なる２方向からの光を含む前記第２照明光を照射し、
　前記検出光学系は、前記撮像素子として、前記第１照明光を受光する第１撮像素子と、前記第２照明光を受光する第２撮像素子とを含み、
　前記第１撮像素子及び前記第２撮像素子は、前記検出光学系を介した、前記第１撮像素子の共役面と前記第２撮像素子の共役面とが、前記標本において、互いに一致しないようにそれぞれ配置されている、請求項１０に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、第３光源からの光を前記第１照明光として前記第１領域に照射するとともに、前記第３光源からの光を前記第２照明光として前記第２領域に照射することを可能にするレンズアレイ及び所定マスクを含む、請求項１１または１２に記載の顕微鏡装置。
　前記レンズアレイは、前記対物レンズの瞳と共役な面に配置され、
　前記所定マスクは、前記標本と共役な面に配置されている、請求項１３に記載の顕微鏡装置。
　前記照明光学系は、
　　第４光源からの光を前記第１照明光として前記第１領域に照射し、
　　前記標本の標本面と共役な標本共役面上に配置され、前記第４光源からの光を前記第２照明光として前記第２領域に照射することを可能にする位相回折格子を含む、請求項１１または１２に記載の顕微鏡装置。