JP2006259377A - 顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成であって観察対象としての試料の光像の取得における感度の低下が抑制された顕微鏡システムを提供する。
【解決手段】顕微鏡システム１は、ステージ３に載置された試料Ｓの光像を形成せしめる対物レンズ１１と、複数の画素が２次元状に配列されたＣＣＤ素子４５をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動して試料の光像を取得する撮像装置１５と、ＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動せしめると共に対物レンズとステージとの相対位置を調整する制御装置２３とを備え、制御装置は、ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめる場合、試料の光像に基づいて、ＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子によって試料の光像を得る際の焦点情報を取得すると共に、ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動せしめる場合、焦点情報に基づいて試料に対物レンズの焦点をあわせながらＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子によって試料の光像を取得する。
【選択図】図４

Description

本発明は、顕微鏡システムに関するものである。

近年、病理学の分野などにおいて、パーソナルコンピュータ等の仮想空間上であたかも実際の顕微鏡で試料を見ているかのように操作可能なバーチャル顕微鏡が知られている。このバーチャル顕微鏡で観察される試料は、予め実際の顕微鏡を利用して高解像度で取得された試料の画像データに基づいている。

このようにバーチャル顕微鏡で利用される試料の画像データを取得する顕微鏡システムでは、高解像度で画像を取得することが要求されている。そこで、複数の画素が一次元配列されてなる一次元スキャンカメラを利用した顕微鏡システムが提案されている（特許文献１参照）。この顕微鏡システムでは、一次元スキャンカメラによって試料をスキャンしながら試料の画像を取得する。この場合、一次元スキャンカメラの観察フィールドに対応する試料の画像データを高解像度で取得できるので、結果として、試料の画像データを高解像度で取得することができる。
特表２００４―５１４９２０号公報

ところで、一次元スキャンカメラを利用した顕微鏡システムでは、一次元スキャナカメラで試料を一定の方向にスキャンしながら画像データを取得するため、スキャン中に自動的に対物レンズの焦点を合わせる必要がある。

しかしながら、一次元スキャンカメラの観察フィールドは一次元であることから焦点調整が困難である。そこで、従来の顕微鏡システムでは、対物レンズの焦点調整のために、試料の２次元画像を取得できる２次元スキャンカメラと、試料からの光を分岐させて２次元スキャナカメラに導く光学系とを要していた。そのため、顕微鏡システムの構成が複雑になるという問題があった。また、焦点調整用のスキャンカメラに光を分岐しなければならないので、光量が低下し感度が悪くなる虞があった。

そこで、本発明は、簡易な構成であって観察対象としての試料の光像の取得における感度の低下が抑制された顕微鏡システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡システムは、試料を載置するためのステージと、ステージに載置された試料からの光を集光することによって試料の光像を形成せしめる対物レンズと、複数の画素が２次元状に配列されておりＣＣＤモード及びＴＤＩモードで駆動可能なＣＣＤ素子を有し、ＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動することによって試料の光像を取得する撮像装置と、撮像装置に制御信号を入力することによってＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動せしめると共に、対物レンズとステージとの相対位置を調整する制御装置とを備え、制御装置は、撮像装置にＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめる場合、取得された試料の光像に基づいて、ＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子によって試料の光像を得る際の焦点情報を取得すると共に、撮像装置にＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動せしめる場合、焦点情報に基づいて対物レンズとステージとの相対位置を調整することによって試料に対物レンズの焦点をあわせながらＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子によって試料の光像を取得することを特徴とする。

上記構成では、制御装置は、撮像装置にＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめて取得した試料の光像に基づいて対物レンズの焦点情報を取得するできる。また、制御装置は、その焦点情報に基づいてＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動させながら試料の光像を取得できる。すなわち、撮像装置が有するＣＣＤ素子が焦点情報を得るための２次元センサとしての機能及び高解像度で試料の光像を取得するＴＤＩセンサとしての機能を有する。この場合、試料からの光であって対物レンズを通った光を焦点情報を取得するために分岐させる必要がないので、顕微鏡システムの構成が簡易となっている。また、ＴＤＩモードでＣＣＤ素子を駆動しながら試料の光像を取得するときに試料からの光量を有効に利用できる結果、試料の光像の取得において、感度の低下が低減されている。

また、本発明に係る顕微鏡システムが有する撮像装置は、ＣＣＤ素子を駆動する駆動ドライバと、駆動ドライバにＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動するためのタイミング信号を出力するタイミング信号発生回路と、制御装置から入力される制御信号に応じてＣＣＤ素子のモードをＣＣＤモードとＴＤＩモードとの間で切り替える切替信号をタイミング信号発生回路に出力する切替信号出力部とを備え、タイミング信号発生回路は、切替信号に応じて、駆動ドライバに出力するタイミング信号を、ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動するためのタイミング信号と、ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動するためのタイミング信号との間で切り替えることが好ましい。

この構成では、切替信号出力部が制御装置から入力される制御信号に応じて切替信号を出力することによって、タイミング信号発生回路が、駆動ドライバに出力するタイミング信号を、ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動するためのタイミング信号と、ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動するためのタイミング信号との間で切り替える。その結果、駆動ドライバによって駆動されるＣＣＤ素子が、制御装置からの制御信号に応じてＣＣＤモード又はＴＤＩモードで確実に駆動されることになる。

更に、本発明に係る顕微鏡システムが有する制御装置は、撮像装置に制御信号を送信することによってＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめ、ＣＣＤモードで駆動されたＣＣＤ素子によって取得される試料の光像に基づいて焦点情報を取得する焦点制御部と、撮像装置に制御信号を送信することによってＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動せしめ、焦点制御部が取得した焦点情報に基づいて試料に対物レンズの焦点をあわせながらＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子によって試料の光像を取得する画像取得制御部とを備えることが好適である。

この構成では、撮像装置は、焦点制御部から入力される制御信号によって、ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめる。そして、焦点制御部は、ＣＣＤモードで駆動されたＣＣＤ素子によって取得される試料の光像に基づいて焦点情報を取得する。また、撮像装置は、画像取得制御部から入力される制御信号によって、ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動せしめる。そして、画像取得制御部は、焦点制御部が取得した焦点情報に基づいて試料に対物レンズの焦点をあわせながらＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子によって試料の光像を取得する。

更に、本発明に係る顕微鏡システムが有する撮像装置は、対物レンズによって集光される試料からの光を、異なる３つの色成分に分解する色分解光学系を更に備え、ＣＣＤ素子として、色分解光学系によって分解された３つの色成分の光による試料の光像を取得する３つのＣＣＤ素子を有することが好ましい。

この構成では、３つのＣＣＤ素子は、異なる色成分の光によってそれぞれ形成される試料の光像を取得するので、各ＣＣＤ素子で取得された試料の光像に基づいて試料のカラーの光像を取得することが可能である。

本発明に係る顕微鏡システムは、簡易な構成であり、且つ、試料の光像の取得において、感度の低下が低減されている。

以下、図面を参照して本発明に係る顕微鏡システムの好適な実施形態について説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符合を付し重複する説明は省略する。

図１は、本発明に係る顕微鏡システムの一実施形態の概略構成図である。図１に示すように、顕微鏡システム１は、観察対象としての試料Ｓの光像の取得に利用される透過型の顕微鏡であり、バーチャル顕微鏡で使用されるデジタルスライドとなるべき試料Ｓの光像の画像データを高解像度で取得するためのものである。以下の説明では、水平方向において互いに直交する２つの方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、水平方向に直交する方向（鉛直方向）をＺ軸方向とする。

観察対象としての試料Ｓは、例えば、生物サンプル、より具体的にはスライドガラスに密封された顕微鏡スライド、例えば病理組織試料などであり、試料ステージ３上に載置されている。試料ステージ３は、例えば、ステッピングモータやアクチュエータを用いて構成されＸ軸方向及びＹ軸方向（水平方向）に移動可能なＸＹステージからなる。この試料ステージ３は、顕微鏡システム１の一部を構成するステージコントローラ（以下、単に「コントローラ」と称す）５によってＸＹ方向に駆動される。そして、試料ステージ３をＸＹ面内で駆動することにより試料Ｓに対する撮影位置が設定又は変更されることになる。試料ステージ３の下方には、撮影対象となる光像を生成するための光を試料Ｓへと照射する照射光源７、及び照射光源７からの光を試料Ｓに集光する集光レンズ９が設置されている。

試料ステージ３の上方（照射光源７と反対側）には、試料Ｓ側から順次、対物レンズ１１、導光光学系１３及び撮像装置１５が配置されている。対物レンズ１１、導光光学系１３及び撮像装置１５は、それらの間の間隔及び光軸等が調整された状態で一体に固定されている。

対物レンズ１１は、試料Ｓを透過した光を集光して試料Ｓの光像を形成する。そして、導光光学系１３は、例えば、チューブレンズであって、試料Ｓの光像を撮像装置１５に導光する。対物レンズ１１は、Ｚ軸方向（試料ステージ３に垂直な方向）に移動可能なＺ軸ステージ１７に設けられており、Ｚ軸ステージ１７は、コントローラ５に接続されコントローラ５によってＺ軸方向に駆動される。Ｚ軸ステージ１７は、例えば、ステッピングモータやアクチュエータを用いて構成されている。

このＺ軸ステージ１７によって対物レンズ１１のＺ軸方向の位置を変えることにより試料Ｓの画像取得時の撮影での焦点調整が可能になっている。図１では、対物レンズ１１は一つとしているが、例えば、レボルバなどに倍率の異なる複数の対物レンズ１１が設けられていることは好適である。この際、Ｚ軸ステージ１７はレボルバに取り付けられていればよい。

撮像装置１５は、３板式ＣＣＤカメラであり、試料Ｓの光像を、赤色光、緑色光、青色光に対応する画像データとしてそれぞれ取得する。撮像装置１５は、試料Ｓからの光を受け画像データを取得する撮像部１９と、撮像部１９を制御する撮像制御部２１とを有する。撮像装置１５は、２次元センサとしての機能と、ＴＤＩセンサとしての機能を有している。撮像装置１５については後述する。

この撮像装置１５とコントローラ５とは、電気的に接続されている。コントローラ５は、前述したように試料ステージ３及びＺ軸ステージ１７を制御する。顕微鏡システム１では、撮像装置１５をＴＤＩセンサとして機能させる場合、すなわち、ＴＤＩ動作により試料Ｓの画像を取得する時には、コントローラ５が試料Ｓを所定の方向に移動させる。そして、コントローラ５は、その移動ステップに対応する信号を外部トリガ信号として撮像装置１５に入力する。これにより、撮像装置１５は、試料Ｓの移動に同期して試料Ｓの画像を取得できることになる。

顕微鏡システム１では、撮像装置１５、コントローラ５及び照射光源７に対して制御装置２３が設けられている。制御装置２３は、例えば、ＣＰＵ及び必要なメモリ、ハードディスクなどの記憶装置を含むコンピュータである。制御装置２３は、撮像装置１５による試料Ｓの画像取得を制御したり、試料Ｓの画像取得についての合焦点位置を含む焦点情報の取得、及び試料Ｓの画像取得時における焦点の制御などを行う。更に、撮像装置１５で取得された画像のブラックバランス及びホワイトバランスの調整をする。また、制御装置２３は、撮像装置１５で取得された各色に対応する画像データからカラー画像を再構成する。

この制御装置２３に対して入力装置２５及び表示装置２７が接続されている。入力装置２５は、例えば、コンピュータに接続されたキーボードやマウスなどから構成され、顕微鏡システム１における試料Ｓの画像取得時の動作等に必要な情報、指示の入力等に利用される。また、表示装置２７は、例えばコンピュータに接続されたＣＲＴディスプレイや液晶ディスプレイ等から構成され、顕微鏡システム１における画像データ取得に関する必要な情報や画像等の表示利用される。

次に、顕微鏡システム１の特徴部分をなす撮像装置１５、及びその撮像装置１５を制御して試料Ｓの画像を取得せしめる制御装置２３についてより詳細に説明する。

図２は、撮像装置の概略構成図である。撮像装置１５の一部を構成する撮像部１９は、モアレ縞を抑制するためのローパスフィルタ３１と、ローパスフィルタ３１を透過した光のうち赤外線を更にカットするＩＲフィルタ３３とを有する。また、撮像部１９は、ＩＲフィルタ３３を透過した入射光Ｌ１０を３つの色成分の緑色光Ｌ１１、赤色光Ｌ１２及び青色光Ｌ１３に分解する色分解光学系３５を有する。

色分解光学系３５は、ＩＲフィルタ３３側から順に配置された３つのプリズム（ダイクロイックプリズム）３７，３９，４１から構成されている。そして、色分解光学系３５の一部を構成するプリズム３７のうち、プリズム３９と対面する面上には赤色領域の波長の光成分を反射するダイクロイック膜Ｄ１が形成されており、プリズム３９とプリズム４１との間には、青色領域の波長の光成分を反射するダイクロイック膜Ｄ２が形成されている。ダイクロイック膜Ｄ１，Ｄ２は、何れも緑色領域の波長の光成分を透過させる。

従って、プリズム３７が有しＩＲフィルタ３３と対面する受光面Ｆ１０から入射した入射光Ｌ１０のうち緑色光Ｌ１１は色分解光学系３５内を直進し、プリズム４１が有する光出射面Ｆ１１から出力される。また、赤色光Ｌ１２は、ダイクロイック膜Ｄ１で反射した後、プリズム３７内で更に反射してからプリズム３７が有する光出射面Ｆ１２から出力される。更に、青色光Ｌ１３は、ダイクロイック膜Ｄ１を透過した後にダイクロイック膜Ｄ２によって反射し、プリズム３９内で更に反射してからプリズム３９が有する光出射面Ｆ１３から出力される。

各光出射面Ｆ１１，Ｆ１２，Ｆ１３上には、各色成分の光の分光特性を整えるためのトリミングフィルタ４３，４３，４３を介して固体撮像素子としてのＣＣＤ（Charge Coupled Device）素子４５，４５，４５が設けられており、各ＣＣＤ素子４５は、撮像制御部２１に接続されている。

図３は、ＣＣＤ素子の構成の一例を示すブロック図である。ＣＣＤ素子４５は、フレーム転送型のものであって、受光部４７と、蓄積部４９，５１と、電荷転送部５３，５５とを有する。

受光部４７は、光電変換機能を有し光入射量に応じて電荷を生成する複数の画素Ｐが２次元アレイ状に配置されたものである。図中のハッチング部は、複数の画素のうちの一つの画素Ｐを模式的に示したものである。以下の説明では、受光部４７における画素Ｐの配列方向のうち、図中、右から左に向かう方向がＸ軸方向に対応し、図中、下から上に向かう方向がＹ軸方向に対応しているものとする。また、ＣＣＤ素子４５について説明する際、Ｘ軸方向を水平方向とも称し、Ｙ軸方向を垂直方向とも称す。

より具体的に受光部４７の構成について説明する。受光部４７は、Ｘ軸方向に４０９６セル、Ｙ軸方向に７０ラインで、４０９６×７０画素から構成されており、Ｙ軸方向を電荷転送方向とした複数の垂直シフトレジスタを構成している。なお、Ｙ軸方向（垂直方向）については、上下のそれぞれ３ラインずつがダミー領域４７ｂとされ、内側の６４ラインが光検出に用いられる領域４７ａとされている。

受光部４７の各画素Ｐは、２相駆動されるようになっており、ＣＣＤ素子４５が有する入力端子φ１及び入力端子φ２に電気的に接続されている。各画素Ｐでは、入力端子φ１，φ２から入力される信号がＨｉｇｈレベルのときに入力端子φ１，φ２に接続された各電極に対応する領域のポテンシャルが深くなり、入射光量に応じた電荷が蓄積される。そして、入力端子φ１，φ２に入力する第１駆動クロック信号及び第２駆動クロック信号のタイミングを変えることによって、上から下、又は、下から上に向かって電荷を転送することが可能となっている。

また、受光部４７には、ブルーミングを抑制するためのブルーミング抑制機構（不図示）が２つの画素Ｐに対して１つ配置されている。そして、ＣＣＤ素子４５が有する入力端子φ３に入力されるブルーミング抑制クロック信号に応じてブルーミングを抑制できるようになっている。

この受光部４７の上下方向には、受光部４７を挟むように蓄積部４９，５１が設けられている。蓄積部４９（５１）は、受光部４７と同数の画素が同様に配置されており、受光部４７の各画素Ｐで生成された電荷による画像データを読み出すための読出部として、受光部４７と電荷転送部５３（５５）との間に配置されている。この蓄積部４９，５１は、不透明な金属などによってマスクされ光の検出には用いられず、受光部４７の各画素Ｐで生成された電荷の蓄積、及び電荷転送部５３，５５への電荷の転送に用いられる。

蓄積部４９、５１を構成する各画素は、単相駆動されるようになっており、ＣＣＤ素子４５が有する入力端子φ４，φ５に電気的に接続されている。そして、入力端子φ４，φ５に入力される第３駆動クロック信号によって駆動される。

蓄積部４９，５１を構成する各画素は、入力端子φ４，φ５から入力される信号がＨｉｇｈレベルのときに入力端子φ４，φ５に接続された電極に対応する領域のポテンシャルが深くなり、電荷を蓄積できる。そして、入力される信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するときにライン間で電荷を転送できるので、第３駆動クロック信号により駆動されることで、蓄積部４９（５１）の各画素に蓄積された電荷が、電荷転送部５３（５５）に転送されることになる。

各蓄積部４９，５１に隣接して、Ｘ軸方向に沿って延びる電荷転送部５３，５５が設けられている。この電荷転送部５３，５５は、受光部４７を構成する複数の垂直シフトレジスタから出力されて並列に入力された電荷を、所定の出力方向（図中、Ｘ軸の正の方向）に転送して出力端から出力する。

電荷転送部５３は、Ｘ軸方向について複数に分割された１６個の部分電荷転送部としてのタップＴ０１〜Ｔ１６を有しており、同様に電荷転送部５５は、部分電荷転送部としてのタップＴ１７〜Ｔ３２を有している。タップＴ０１〜Ｔ３２は、それぞれ複数且つ同数の画素を有し、タップＴ０１〜Ｔ１６は、図中の左側から右側に順に配置されており、タップＴ１７〜Ｔ３２は、図中の右側から左側に順に配置されている。

タップＴ０１〜Ｔ３２が有する複数の画素は、例えば、２５６個のアクティブセルと４つのダミーセルから構成されている。また、タップＴ０１〜Ｔ３２のそれぞれでの電荷転送方向は前述したようにＸ軸の正の方向であり、その左端部に向けて電荷が転送される。そして、各タップＴ０１〜Ｔ３２の左端部には出力端子（不図示）が接続された読み出しアンプが設けられており、読み出しアンプは、転送されてきた電荷を電荷電圧変換して出力端子から画像データとして出力する。

このタップＴ０１〜Ｔ１６が有する各画素は、転送クロック信号を入力する入力端子φ６に接続されている。また、各画素は、水平転送クロック信号を入力する入力端子φ７に電気的に接続されており、単相駆動される。そして、各画素は、入力端子φ７から入力される信号がＨｉｇｈレベルのときに電荷を蓄積でき、入力される信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルに変化するときに電荷が隣の画素に転送されるようになっている。更に、タップＴ０１〜Ｔ１６が有する読み出しアンプには、リセットクロック信号を入力する入力端子φ８に電気的に接続されている。

同様に、タップＴ１７〜Ｔ３２が有する各画素は、転送クロック信号を入力する入力端子φ９に接続されている。また、各画素は、水平転送クロック信号を入力する入力端子φ１０に接続されており、タップＴ１７〜Ｔ３２が有する読み出しアンプは、リセットクロック信号を入力する入力端子φ１１に電気的に接続されている。

そして、転送クロック信号が入力端子φ６（φ９）に入力されることにより、垂直転送時に発生する余剰なノイズとしての電荷がクリアドレインに転送され、ノイズ分の電荷が画素からクリアされる。また、水平転送クロック信号が入力端子φ７（φ１０）に入力されることにより、水平方向に電荷が転送され、リセットクロック信号が入力端子φ８（φ１１）に入力されることにより、読み出しアンプ内の電荷がクリアされて次の電荷を待つ状態となる。

上記構成のＣＣＤ素子４５では、複数の画素Ｐが２次元アレイ状に配置されているので、試料Ｓの２次元画像を取得する２次元センサとして動作することが可能である。また、ＣＣＤ素子４５の受光部４７の構成は、Ｘ軸方向に画素Ｐを４０９６個有するラインセンサがＹ軸方向に７０列配置されたものに相当するため、試料Ｓの移動ステップに同期させてライン間で電荷を転送する、いわゆるＴＤＩ動作をさせることも可能である。

以下の説明では、ＣＣＤ素子４５を２次元センサとして駆動することを「ＣＣＤモードで駆動する」とも称し、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩ動作させることを「ＴＤＩモードで駆動する」とも称す。

このＣＣＤ素子４５は、撮像装置１５の一部を構成する撮像制御部２１によって制御されてＣＣＤモード及びＴＤＩモードで駆動される。次に、図４を利用して撮像制御部２１について説明する。

図４は、ＣＣＤ素子４５、撮像制御部２１、コントローラ５及び制御装置２３の電気的な接続関係を示すためのブロック図である。

撮像制御部２１は、Ｉ／Ｆ回路２１Ａ、タイミング信号発生回路２１Ｂ及び駆動ドライバ２１Ｃを有する。Ｉ／Ｆ回路２１Ａは、制御装置２３に電気的に接続されており、制御装置２３からの制御信号としての制御コマンドを受け、制御コマンドに応じてＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動するかＴＤＩモードで駆動するかを指定するモード切替信号をタイミング信号発生回路２１Ｂに入力する。また、Ｉ／Ｆ回路２１Ａは、ＣＣＤ素子４５で取得された試料Ｓの光像に対応する画像データを制御装置２３に入力する。

タイミング信号発生回路２１Ｂは、ＣＣＤ素子４５での垂直転送動作及び読み出し動作（水平転送動作）の開始、終了のタイミングを制御するタイミング制御手段である。このタイミング信号発生回路２１Ｂから出力されるタイミング信号により、ＣＣＤ素子４５の受光部４７での電荷取得期間、及び蓄積部４９，５１での読み出し期間が制御される。

タイミング信号発生回路２１Ｂは、コントローラ５に電気的に接続されており、コントローラ５が試料ＳをＹ軸方向に移動させるときに出力する信号を外部トリガ信号として受ける。そして、タイミング信号発生回路２１Ｂは、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩモードで駆動する旨のモード切替信号をＩ／Ｆ回路２１Ａから受け、且つ外部トリガ信号が入力されたとき、ＴＤＩモードに対応したタイミング信号を発生させ、駆動ドライバ２１Ｃを介してＣＣＤ素子４５に入力する。

また、タイミング信号発生回路２１Ｂは、ＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動する旨のモード切替信号をＩ／Ｆ回路２１Ａから受けたとき、ＣＣＤモードに対応したタイミング信号を発生させ、駆動ドライバ２１Ｃを介してＣＣＤ素子４５に入力する。

また、撮像制御部２１は、増幅回路２１Ｄ及びＡ／Ｄコンバータ２１Ｅを更に有する。増幅回路２１Ｄは３つのＣＣＤ素子４５の出力端子に接続されている。そして、ＣＣＤ素子４５から出力された出力信号は、増幅回路２１Ｄによって増幅され、Ａ／Ｄコンバータ２１Ｅによってデジタル信号に変換された後、Ｉ／Ｆ回路２１Ａを介して制御装置２３に入力される。この際、撮像装置１５は、３つのＣＣＤ素子４５を有しているため、制御装置２３には、試料Ｓの光像のうち緑色光Ｌ１１、赤色光Ｌ１２及び青色光Ｌ１３に対応する画像データが入力されることになる。

ここで、上記撮像装置１５の動作について説明する。先ず、ＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動する場合について説明する。図５は、撮像装置のＣＣＤモードでの画像取得時の動作を示すフローチャートである。

先ず、制御装置２３（より具体的には、後述する撮影範囲設定部２３Ａ、焦点制御部２３Ｂ又はバランス調整部２３Ｄ）からＩ／Ｆ回路２１ＡにＣＣＤモードで撮影する旨の制御コマンドが入力されると（Ｓ１０）、Ｉ／Ｆ回路２１Ａからタイミング信号発生回路２１ＢにＣＣＤモードで駆動する旨のモード切替信号が入力される（Ｓ１１）。

このモード切替信号を受けたタイミング信号発生回路２１Ｂは、受光部４７の７０ラインの電荷を蓄積部４９（又は５１）に垂直転送する旨のタイミング信号を駆動ドライバ２１Ｃに入力する（Ｓ１２）。これにより、駆動ドライバ２１ＣによってＣＣＤ素子４５が駆動され受光部４７の電荷が蓄積部４９に転送されることになる。

図６は、Ｓ１２において、タイミング信号発生回路２１Ｂから駆動ドライバ２１Ｃを介してＣＣＤ素子４５に入力されるタイミング信号のタイミングチャートを示す図である。図６は、受光部４７の電荷を蓄積部４９に転送するときのタイミングチャートを示している。

図６（ａ）は、入力端子φ１に入力されるタイミング信号としての第１駆動クロック信号のタイミングチャート、図６（ｂ）は、入力端子φ２に入力されるタイミング信号としての第２駆動クロック信号のタイミングチャート、図６（ｃ）は、入力端子φ４に入力されるタイミング信号としての第３駆動クロック信号のタイミングチャート、図６（ｄ）は、入力端子φ６に入力されるタイミング信号としての転送クロック信号のタイミングチャート、図６（ｅ）は、入力端子φ３に入力されるタイミング信号としてのブルーミング抑制クロック信号のタイミングチャート、図６（ｆ）は、入力端子φ７に入力されるタイミング信号としての水平転送クロック信号のタイミングチャート、図６（ｇ）は、入力端子φ８に入力されるタイミング信号としてのリセットクロック信号のタイミングチャートを示している。

図６（ａ）に示すように、入力端子φ１には、パルス状の第１駆動クロック信号が７０パルス分入力される。この第１駆動クロック信号のパルス幅及びパルス間隔は、例えば、約１００ｎｓである。この７０パルス分の第１駆動クロック信号のうち一番最初のパルスが入力されたときを基準時（図中、０ｎｓ）とする。

そして、図６（ｂ）及び図６（ｃ）に示すように、入力端子φ２には、第１駆動クロック信号に対してパルス幅の半分の時間（約５０ｎｓ）だけ遅延したパルス状の第２駆動クロック信号が入力され、入力端子φ４には、第１駆動クロック信号に対してパルス幅分の時間（約１００ｎｓ）だけ遅延したパルス状の第３駆動クロック信号が入力される。第２駆動クロック信号及び第３駆動クロック信号のパルス幅及びパルス間隔は第１駆動クロック信号と同様である。

これによって、受光部４７及び蓄積部４９を構成する各ラインの電荷が受光部４７から蓄積部４９に向かう方向（上から下）に転送され、受光部４７の電荷が蓄積部４９に移動することになる。この際、図６（ｅ）に示すように、基準時より、例えば、約５０ｎｓ前から７０パルス分の第３駆動クロック信号が全て入力されるまで、入力端子φ３には、通常のバイアスレベルより若干低いバイアスレベルの状態が維持されたブルーミング抑制クロック信号が入力されている。これによってブルーミング抑制クロック信号が垂直転送によって振られることによるフルウエルの低下が起こることが抑制される。

また、図６（ｄ）に示すように、入力端子φ６には、第２駆動クロック信号と同様のタイミングで変化するパルス状の転送クロック信号が入力されている。これにより、電荷転送部５３の各画素におけるノイズ分としての電荷がクリアされた状態で、蓄積部４９から電荷が転送されてくることになる。

更に、図６（ｆ）に示すように、入力端子φ７には、Ｌｏｗレベル状態の水平転送クロック信号が入力されている。この場合にも、蓄積部５１から電荷転送部５３に電荷が転送される。また、図６（ｇ）に示すように、入力端子φ８には、垂直転送開始から７０ライン分の転送が終了するまでの間、Ｈｉｇｈレベル状態が維持されたリセットクロック信号が入力されている。これにより、読み出しアンプの電荷は随時リセットされることになる。

再度、図５を参照して撮像装置１５の動作について説明する。Ｓ１２において受光部４７から蓄積部４９に電荷を移したのちに、受光部４７を露光する（Ｓ１３）。具体的には、制御装置２３が照射光源７を制御して試料Ｓを照射する。受光部４７の露光は、操作者が手動で行ってもよい。これにより、受光部４７に新たに電荷が蓄積されることになる。そして、受光部４７を露光している間に、蓄積部４９に蓄積されている電荷の読み出しを実施する（Ｓ１４）。

図７は、１ライン水平読み出しを行う場合のタイミングチャートである。図７（ａ）〜図７（ｇ）で示している各タイミング信号は、図６（ａ）〜図６（ｇ）の場合と同様に、タイミング信号としての第１駆動クロック信号、第２駆動クロック信号、第３駆動クロック信号、転送クロック信号、ブルーミング抑制クロック信号、水平転送クロック信号、リセットクロック信号のタイミングチャートを示している。

図７（ｃ）に示すように、入力端子φ４には、パルス状の第３駆動クロック信号が１パルス分入力される。パルス幅としては、例えば、８０ｎｓである。これにより、第３駆動クロック信号がＨｉｇｈレベルからＬｏｗレベルになるときに蓄積部４９から電荷転送部５３に電荷が移動する。この第３駆動クロック信号が入力されたとき（ＬｏｗレベルからＨｉｇｈレベルになったとき）を基準時（０ｎｓ）とする。

なお、図７（ｄ）に示すように、入力端子φ６には、第３駆動クロック信号より約２０ｎｓ前から第３駆動クロック信号と同様のパルス幅を有する転送クロック信号が１パルス分入力される。これにより、電荷転送部５３における各画素のノイズ分の電荷がクリアされた状態で、蓄積部４９から電荷転送部５３に電荷が移動することになる。

そして、図７（ｆ）及び図７（ｇ）に示すように、入力端子φ７及び入力端子φ８には、基準時より前（例えば、約５０ｎｓ前）から第３駆動クロック信号が入力された後（例えば、基準時から４４０ｎｓ後）までの間、Ｌｏｗレベル状態に維持され、その前後（図中、×印の領域）では、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベル状態が交互に高速で繰り返されてなるパルス列を有する水平転送クロック信号及びリセットクロック信号が入力されている。

この場合、蓄積部４９から電荷転送部５３に電荷が移動する際には、水平転送クロック信号がＬｏｗレベルであるため、電荷転送部５３に移動した電荷が確実に蓄積されることになる。そして、１ライン分の電荷の転送が終了した後は、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルとが高速で繰り返されることによって、Ｔ０１〜Ｔ１６の各画素の電荷が水平方向に転送され、読み出しアンプで電荷電圧変換されて出力される。この際、リセットクロック信号を水平転送クロック信号に対して適切に遅延させることによって、読み出しアンプ内に入力され電荷電圧変換された電荷を一度クリアして次の電荷を受けることができるようになっている。

また、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、入力端子φ１，φ２には、Ｌｏｗレベルに維持された第１駆動クロック信号及び第２クロック信号が入力されている。この場合、入力端子φ１，φ２に入力される電圧レベルが同じであるため、受光部４７において垂直転送は実施されないことになる。更に、図７（ｅ）に示すように、入力端子φ３には、基準時より約５０ｎｓ前から約１５０ｎｓの間だけ通常のバイアスレベルより若干低いバイアスレベルの状態が維持されたブルーミング抑制クロック信号が入力されている。

図７に示すタイミングチャートで示されたタイミング信号でＣＣＤ素子４５が駆動されることによって、１ライン分の電荷が水平読み出しされる。そして、その水平読み出しを７０ライン分繰り返すことによって試料Ｓの光像の２次元画像データを得ることができる。なお、各ラインの読み出しが重ならないように１ライン読み出した後、所定の間隔を開けて次のラインの読み出しに移る。

図５に示すように、蓄積部５１に蓄積された電荷の読み出しが終了したとき、すなわち、図７に示したタイミングによるＣＣＤ素子４５の動作を７０回繰り返したとき、受光部４７の露光を停止し、露光終了とする（Ｓ１５）。そして、Ｓ１４を実施している間に受光部４７に取得した電荷を読み出すために、Ｓ１２に戻り、撮影終了時までＳ１３及びＳ１４を繰り返す。なお、上記では、蓄積部５１での電荷の読み出しが終了した時点で露光終了とし、Ｓ１２に戻るとしたが、蓄積部５１での電荷の読み出し終了から所定の時間経過後に露光を終了しても良い。これによって、受光部４７への露光時間を調整することが可能である。また、Ｓ１４での７０ライン分の読み出しが終了したときに露光が終了していない場合は、再度Ｓ１２に戻ればよい。また、図５に示すように、露光前にＳ１１から直接Ｓ１２での垂直転送を実施することは、受光部４７及び蓄積部４９の初期化に対応する。

次に、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩモードで駆動しながら試料Ｓの画像を取得する方法について説明する。図８は、ＴＤＩモードで画像を取得する場合の画像取得方法を示すフローチャートである。ＴＤＩモードで試料Ｓの画像データを取得する場合には、試料ステージ３が所定の方向（Ｙ軸の負の方向）に一定の速度で駆動されているものとする。

制御装置２３（より具体的には、後述する画像取得制御部２３Ｃ）からＩ／Ｆ回路２１ＡにＴＤＩモードで撮影する旨の制御コマンドが入力されると（Ｓ２０）、Ｉ／Ｆ回路２１Ａからタイミング信号発生回路２１ＢにＴＤＩモードで駆動する旨のモード切替信号が入力される（Ｓ２１）。

そして、試料ステージ３の移動ステップに対応した外部トリガ信号がタイミング信号発生回路２１Ｂに入力されると（Ｓ２２）、タイミング信号発生回路２１Ｂから駆動ドライバ２１Ｃに垂直転送信号及び水平読み出し信号が入力され、受光部４７及び蓄積部５１の全ライン、１ラインの電荷がシフトされ、更に、蓄積部５１より１ライン水平読み出しが実施される（Ｓ２３）。Ｓ２３を図９を利用してより具体的に説明する。

図９は、ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動するときのタイミングチャートの一例である。図９では、外部トリガ信号が１回（１パルス分）入力されたときにＣＣＤ素子４５に入力されるタイミング信号のタイミングチャートを示している。図９（ａ）〜図９（ｇ）は、図６（ａ）〜図６（ｇ）と同様に、タイミング信号としての第１駆動クロック信号、第２駆動クロック信号、第３駆動クロック信号、転送クロック信号、ブルーミング抑制クロック信号、水平転送クロック信号、リセットクロック信号のタイミングチャートを示している。

図９（ａ）に示すように、入力端子φ１には、パルス状の第１駆動クロック信号が１パルス分入力される。また、図９（ｂ）に示すように、入力端子φ２には、第１駆動クロック信号に対して５０ｎｓ遅延したパルス状の第２クロック信号が１パルス分入力される。更に、図９（ｃ）に示すように、入力端子φ４には、第１駆動クロック信号に対して１００ｎｓ遅延したパルス状の第３クロック信号が１パルス分入力される。第１駆動クロック信号、第２駆動クロック信号及び第３駆動クロック信号のパルス幅は、例えば、１００ｎｓである。

これにより、受光部４９及び蓄積部５１を構成する各ラインの電荷が隣のラインに移動することになり、蓄積部５１から１ライン分の電荷が電荷転送部５３に転送される。

なお、図９（ｅ）に示すように、パルス状の第１駆動クロック信号が入力されたときを基準時（０ｎｓ）として、基準時より、例えば約１００ｎｓ前から２００ｎｓ後まで通常のバイアスレベルより若干低いバイアスレベルの状態が維持されたブルーミング抑制クロック信号が入力端子φ３に入力されている。

また、図９（ｄ）に示すように、基準時より約５０ｎｓ前から約２００ｎｓの間、パルス状の転送クロック信号が入力される。これにより、蓄積部４９から電荷転送部５３に電荷が転送される前に、電荷転送部５３におけるノイズに対応する電荷がクリアされることになる。

また、図９（ｆ）及び図９（ｇ）に示すように、入力端子φ７及び入力端子φ８には、基準時より前（例えば、約８０ｎｓ前）から第３駆動クロック信号が入力されるまでの間、Ｌｏｗレベル状態に維持され、その前後（図中、×印の領域）では、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベル状態が交互に高速で繰り返されてなるパルス列を有する水平転送クロック信号及びリセットクロック信号が入力されている。

この図９（ｆ）及び図９（ｇ）に示した水平転送クロック信号及びリセットクロック信号は、Ｌｏｗ状態が維持されている長さ以外は、図７（ｆ）及び図７（ｇ）の場合と同様である。そのため、図７（ｆ）及び図７（ｇ）の場合と同様に電荷転送部５３から電荷が読み出されることになる。

以上説明したように、上記タイミング信号の各入力端子φ１〜φ４及びφ６〜φ８への入力によって、１つの外部トリガ信号に対応して１ライン分の電荷が隣のラインに移動する（言い換えれば、１ライン分垂直転送される）ので、蓄積部４９から１ライン分の電荷が電荷転送部５３に転送される。そして、電荷転送部５３に移動した電荷が出力端子から出力され、読み出される。

再度、図８を参照すると、Ｓ２３での水平読み出しが終了したときに、撮影終了状態になっている場合には（Ｓ２４で「Ｙｅｓ」）、そのまま撮影を終了する。ここで、撮影終了状態とは、例えば、それまでに読み出したライン数の合計が指定されたライン数に達しているときや、終了命令としてのコマンドが入力された場合である。

また、撮影終了状態でない場合には（Ｓ２４で「Ｎｏ」）、Ｓ２２に戻りＳ２３，Ｓ２４を撮影終了状態になるまで繰り返す。より具体的には、例えば、Ｓ２３で読み出したラインの総数が指定されたライン数に達したときや終了命令としてのコマンドが入力されたときまでＳ２３，Ｓ２４を繰り返す。

以上説明したように、撮像装置１５では、試料Ｓの移動ステップに同期した外部トリガ信号毎に図９に示した各タイミングでＣＣＤ素子４５を駆動することによって、試料Ｓの移動ステップに同期させながら電荷を隣のラインに転送できる。これは、受光部４７の１ラインが有する観察フィールドからの光に対応する電荷が時間積分されることに相当し、いわゆるＴＤＩ動作が可能となっている。

この撮像制御部２１を制御する制御装置２３について図４を利用してより詳細に説明する。

図４に示すように、制御装置２３は、撮影範囲設定部２３Ａと、焦点制御部２３Ｂと、画像取得制御部２３Ｃと、バランス調整部２３Ｄとを有する。

撮影範囲設定部２３Ａは、撮像装置１５を制御し、ＣＣＤモードで駆動された各ＣＣＤ素子４５によって試料Ｓの画像データを取得する。そして、撮影範囲設定部２３Ａは、取得した画像データに基づいて操作者から入力される試料Ｓの撮影範囲情報を受け付けて撮影範囲を設定する。撮影範囲設定部２３Ａは、設定した撮影範囲情報を焦点制御部２３Ｂ及び画像取得制御部２３Ｃに入力する。

焦点制御部２３Ｂは、ＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子４５によって試料Ｓの画像を取得する時に自動的に焦点を合わせるために利用される焦点情報を取得するための各種条件設定を行う。そして、焦点制御部２３Ｂは、コントローラ５及び撮像装置１５を制御して、焦点情報の取得を実施する。焦点制御部２３Ｂは、取得した焦点情報を画像取得制御部２３Ｃの図示されない記憶部に記録する。

画像取得制御部２３Ｃは、ＴＤＩモードでＣＣＤ素子４５を駆動して試料Ｓの画像データを取得するための各種条件（読み出すラインの総数、試料Ｓの移動ステップのステップ間隔など）の設定や操作者からの終了コマンドの受け付けなどを行う。そして、画像取得制御部２３Ｃは、それらの設定された条件に基づいて各撮像装置１５及びコントローラ５を制御することによって、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩモードで駆動させ、且つ、焦点制御部２３Ｂで取得した焦点情報を利用して対物レンズ１１の焦点を自動的に調整しながら試料Ｓの画像データを取得する。

バランス調整部２３Ｄは、撮像装置１５を制御してＣＣＤモードで駆動されたＣＣＤ素子４５によって画像データを取得する。そして、取得した画像データに基づいてブラックバランス及びホワイトバランスを調整する。

次に、顕微鏡システム１によるバーチャル顕微鏡用の画像データの取得方法について説明する。図１０は、顕微鏡システムでの画像取得方法を示すフローチャートである。

顕微鏡システム１では、先ず、撮影範囲設定工程（Ｓ３０）において、ＴＤＩモードで駆動されるＣＣＤ素子４５によって試料Ｓの画像データを取得するための試料Ｓの撮影範囲を設定する。次に、焦点情報取得工程（Ｓ４０）において、ＴＤＩモードでの撮影の際に利用するオートフォーカス用の焦点情報を取得し、次いで、画像取得工程（Ｓ５０）で、ＴＤＩモードによってＣＣＤ素子４５を駆動しながら試料Ｓの画像データを取得する。以下、各工程について順に説明する。

先ず、撮影範囲設定工程（Ｓ３０）について説明する。図１１は、撮影範囲設定工程のフローチャートを示す図である。

先ず、操作者が試料Ｓを試料ステージ３上にセットし（Ｓ３１）、次いで、対物レンズ１１を低倍率のものに変える（Ｓ３２）。この対物レンズ１１の交換は、手動で行ってもよいし、制御装置２３を介してレボルバを回転させ所望の倍率の対物レンズ１１に交換するようにしてもよい。撮影範囲設定工程で使用する対物レンズ１１の倍率は、対物レンズ１１の観察領域内に試料Ｓの全体が含まれるようものであればよい。なお、Ｓ３１とＳ３２との順番は入れ替えることができる。

次に、撮影範囲設定部２３Ａが、Ｉ／Ｆ回路２１Ａに各ＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動する旨の制御コマンドを送信することによってＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動せしめて（Ｓ３３）、試料Ｓを撮影し画像データを取得する（Ｓ３４）。

そして、取得した画像データから試料Ｓの画像を再構成して、その画像を、例えば、表示装置２７に表示させることなどによって操作者に示し、操作者からの撮影範囲の設定（撮影開始位置及び撮影終了位置）の指示コマンド（撮影範囲情報）を入力装置２５を介して受け付ける。そのマクロ画像に基づいて撮影範囲を設定する（Ｓ３５）。撮影範囲設定部２３Ａは、設定した撮影範囲情報を焦点制御部２３Ｂ及び画像取得制御部２３Ｃに入力する。

次に、焦点情報取得工程（Ｓ４０）について説明する。図１２は、焦点情報取得工程のフローチャートである。

先ず、対物レンズ１１を、ＴＤＩモードでの画像取得に利用する高倍率の対物レンズ１１に変更する（Ｓ４１）。この対物レンズ１１の変更は、操作者が手動で実施してもよいし、制御装置２３を介しても良い。更に、予め入力されているデータに基づいて焦点制御部２３Ｂが行っても良い。

次に、焦点制御部２３Ｂは、ＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動する旨の制御コマンドをＩ／Ｆ回路２１Ａに入力する。これにより、ＣＣＤ素子４５がＣＣＤモードで確実に駆動されることになる（Ｓ４２）。

そして、焦点制御部２３Ｂは、撮影範囲内の少なくとも３つの焦点計測位置を設定し、各焦点計測位置において対物レンズの合焦点位置を算出する（Ｓ４３）。なお、撮影開始位置及び撮影終了位置、並びに、撮影範囲内のそれら以外の３つの位置の、合計５つの焦点計測位置を設定してもよい。

合焦点位置の算出方法は次の通りである。すなわち、焦点制御部２３Ｂは、前述した３つの焦点計測位置のうちの１つである撮影開始位置において、コントローラ５を介してＺ軸ステージ１７を駆動し、対物レンズ１１と試料ＳとのＺ軸方向の距離（試料Ｓにおける焦点距離）を連続的に変化させる。

そして、この焦点距離の連続的に変化させている間に、焦点制御部２３Ｂは、撮像装置１５を制御して所定の間隔毎に試料Ｓを撮影することで画像データを取得する。この撮影によって得られた各Ｚ位置での画像データから標準偏差を算出する。標準偏差は、緑色光Ｌ１１、赤色光Ｌ１２、青色光Ｌ１３を受けたＣＣＤ素子４５，４５，４５の少なくとも１つから出力される画像データからＹＵＹＶや輝度などに基づいて算出すればよい。

そして、焦点制御部２３Ｂは、算出した標準偏差に基づいて撮影開始位置での対物レンズ１１の合焦点位置を決定する。この合焦点位置は、例えば、標準偏差の最大値の位置として決定したり、標準偏差から回帰曲線を求めそのピーク値の位置として決定することができる。

焦点制御部２３Ｂは、他の２つの焦点計測位置でも同様にして合焦点位置を算出する。そして、得られた３つの合焦点位置を利用して三点計測を実施することによって、ＴＤＩモードでの撮影時に対物レンズ１１の焦点を合わせるべき撮影対象平面（焦点情報）を算出し、画像取得制御部２３Ｃの図示されない記憶部に記録する（Ｓ４４）。このような三点計測による撮影対象平面の算出は、例えば、３点の焦点計測位置で求められた合焦点位置から、直線補完によって撮影範囲内の任意の観察位置に対する合焦点位置を求めれば良い。このような方法によれば、撮影範囲に対する合焦点位置などの焦点情報を効率的に取得することが可能である。また、撮影範囲内で４点以上の焦点計測位置を設定した場合は、最小二乗法によって撮影範囲内の任意の観察位置に対する合焦点位置を求めることとすれば、更に精度良く焦点位置を制御することができる。

この撮影対象平面は、上記三点計測によって推定される合焦点位置のマッピングデータ（フォーカスマップ）に対応するので、試料Ｓの画像データを取得する際、対物レンズ１１と撮影対象平面との距離が一定になるようにＺ軸ステージ１７を駆動することによって焦点のあった画像データを得ることが可能となっている。

続いて、画像取得工程（Ｓ５０）について説明する。図１３は、画像取得工程を示すフローチャートである。

先ず、画像取得制御部２３Ｃは、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩモードで駆動する旨の制御コマンドをＩ／Ｆ回路２１Ａに入力する（Ｓ５１）。これにより、Ｉ／Ｆ回路２１Ａからタイミング信号発生回路２１Ｂに、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩモードで駆動する旨を指定するモード切替信号が入力されることになる。

また、画像取得制御部２３Ｃは、コントローラ５を介して試料ステージ３を所定の方向（Ｙ軸の負の方向）に一定の速度で駆動して試料Ｓを移動せしめる（Ｓ５２）。この際、画像取得制御部２３Ｃは、コントローラ５を介してＺ軸ステージ１７をＳ４０で取得し記憶されたフォーカスマップに基づいて駆動することによって焦点制御部２３Ｂで算出された対物レンズ１１の焦点が撮影対象平面に沿うように対物レンズ１１と試料Ｓとの間の距離を試料Ｓの移動に応じて調整する。

なお、本実施形態では、顕微鏡スライドの対象（すなわち試料Ｓ）毎にフォーカスマップを作成・記憶することしているが、標準的なキャリブレーションサンプルに対して作成されたフォーカスマップを予め記憶部に記録しておき、その情報に基づいてＺ軸ステージ１７を駆動するようにしてもよい。

コントローラ５は、試料ステージ３の移動ステップに同期した外部トリガ信号をタイミング信号発生回路２１Ｂに入力する（Ｓ５３）。前述したように、タイミング信号発生回路２１Ｂには、ＣＣＤ素子４５をＴＤＩモードで駆動する旨のモード切替信号が入力されているので、コントローラ５からの信号としての外部トリガ信号が入力されることによって、ＣＣＤ素子４５がＴＤＩモードにより駆動され、試料Ｓの画像データが取得される（Ｓ５４）。そして、画像取得制御部２３Ｃは、Ｉ／Ｆ回路２１Ａを介して入力される画像データを制御装置２３のメモリ等に保存する（Ｓ５５）。

この制御装置２３に保存される画像データは、３つのＣＣＤ素子４５で取得されたものであり、試料Ｓの光像のうち、緑色領域、赤色領域、青色領域の光成分に対応する画像データである。そのため、これらの画像データからカラー画像を再構成できるため、バーチャル顕微鏡において有効である。

上記方法により、ＴＤＩモードで駆動したＣＣＤ素子４５によって試料Ｓの画像を取得できる。なお、画像取得の前にＣＣＤ素子４５のブラックバランス及びホワイトバランスを調整しておくことはより正確な画像を取得するために好適である。ここで、ブラックバランス及びホワイトバランスの調整方法について説明する。

ブラックバランス及びホワイトバランスを調整する際には、制御装置２３のバランス調整部２３Ｄは、ＣＣＤモードでＣＣＤ素子４５を駆動する旨の制御コマンドをＩ／Ｆ回路２１Ａに入力し、ＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードで駆動する。

次に、照射光源７を駆動することによってＣＣＤ素子４５を露光する。そして、バランス調整部２３Ｄは、撮像装置１５を制御して、ホワイトバランス調整用の画像データとして受光部４７の７０ラインに蓄積された電荷を蓄積部４９に転送させた後に読み出す。

更に、オーバースキャンによってブラックバランス用に蓄積部４９から例えば８ライン分の画像データを読み出す。オーバースキャンとは、蓄積部４９に蓄積された画像データを一度読み出した後に更に蓄積部４９から電荷を読み出すことである。蓄積部４９は例えばマスクによって覆われているので光の入力がない状態に対応する画像データを取得できることになる。

そして、バランス調整部２３Ｄは、取得した７０ライン分の画像データ（受光部４７で取得した画像データ）からホワイトバランスを調整し、更にオーバースキャンによって取得した８ライン分の画像データからブラックバランスの調整を実施する。

このように、ホワイトバランス及びブラックバランスを調整することによって実際の試料Ｓのカラーをより正確に表した試料Ｓの画像を取得できることになる。なお、ホワイトバランス及びブラックバランスの調整は、試料Ｓの画像を取得する毎に実行することが好ましく、通常、撮影範囲設定工程（Ｓ３０）の前に実施する。また、ホワイトバランスを調整しない場合には、露光は要しないため、蓄積部４９の複数のラインからの画像データに基づいてブラックバランス調整をすればよい。

以上、説明したように、顕微鏡システム１では、撮像装置１５が有する３つのＣＣＤ素子４５，４５，４５をＴＤＩモードで駆動することができ、ＴＤＩモードで駆動されたＣＣＤ素子４５はＴＤＩセンサとして機能する。この場合、ＣＣＤ素子４５の受光部４７が有する１ラインの観察フィールドで試料Ｓをスキャンしながら試料Ｓの画像データを取得するため、高解像度の画像データを取得できる。また、試料Ｓの移動に同期させて順次隣接するラインに電荷を転送することによって、時間積分しながら画像データを取得するので、高感度である。

ところで、例えば、ラインセンサなどをＴＤＩ動作させる際には、試料をスキャンするため試料の傾きや試料の形状などによる焦点位置の変化が問題となる。そのため、従来では、ＴＤＩ動作させるラインセンサなどの検出手段とは別に焦点調整用の２次元画像の取得が可能なＣＣＤカメラ等のイメージセンサなどが用いられていた。

この場合、イメージセンサや、試料からの光を焦点調整用イメージセンサに分岐させる光学系を有するため、顕微鏡システムの構成が複雑になり、また、ＴＤＩ動作させるラインセンサに入射する光量が減少するため感度が低下する虞があった。

これに対して、図１に示した顕微鏡システム１では、ＣＣＤ素子４５をＣＣＤモードとして駆動することによって２次元画像を取得するための２次元センサとして機能する。これによって、ＣＣＤ素子４５を利用して、バーチャル顕微鏡用の試料Ｓの画像取得時に利用する焦点情報を取得できることになる。

従って、撮像装置１５とは別に焦点情報取得のためのセンサを設けなくて良いため、顕微鏡システム１の構成が簡易になっており、顕微鏡システム１の設備コストの低減が図れている。また、ＣＣＤ素子４５に入力される試料Ｓからの光を焦点情報取得用に分岐させていないので、試料Ｓからの光を有効に利用でき感度の低下の抑制が図れている。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の顕微鏡システムは、上記実施形態に限定されない。例えば、撮像装置１５は３つのＣＣＤ素子４５を有する３板式ＣＣＤカメラとしたが、ＣＣＤ素子は１つでもよい。また、顕微鏡システム１は、透過型としているが、反射型の顕微鏡システムとすることができる。また、ステージ３はＸＹステージを例示したが、ＸＹＺステージとすることも可能である。この場合は、Ｚ軸ステージ１７は必ずしも要しない。また、外部トリガ信号は、コントローラ５からタイミング信号発生回路２１Ｂに入力されるとしたが、制御装置２３から入力することも可能である。

また、上記顕微鏡システム１は、バーチャル顕微鏡で使用されるデジタルスライド用の画像データを取得するために利用されるとしたが、これに限定されず、例えば、試料Ｓを高解像で撮影する場合に好適に利用できる。

更に、上記実施形態で示した、ＣＣＤ素子４５の画素数やタイミング信号のパルス幅や駆動時間などは一例であり、上記実施形態の数値に限定されない。更にまた、上記実施形態のＣＣＤ素子４５では、受光部４５の画素Ｐは２相駆動されるとし、蓄積部４９，５１及び電荷転送部５３，５５が有する画素は単相駆動されるとしたが、この場合に限定ない。すなわち、受光部４５の画素Ｐの電荷を蓄積部４９（５１）を介して電荷転送部５３（５５）の画素に転送でき、電荷転送部５３（５５）の画素の電荷を読み出せるように各画素が駆動されるようになっていればよい。また、ＣＣＤ素子４５は、２つの蓄積部４９，５１及び電荷転送部５３，５５を有するとしたが、蓄積部４９と電荷転送部５３の組及び蓄積部５１と電荷転送部５５との組の何れか一方を有していればよい。

また、上記実施形態では、段落「００８９」、「００９４」、「００９６」に記載したように、レボルバを回転するなどにより低倍率の対物レンズ１１に変えて撮影範囲を設定するための試料Ｓの全体像（マクロ画像）を取得するようにしているが、これに限定されない。例えば、別途観察光学系を並列に設けておき、その観察光学系で試料Ｓの全体像を撮影し、制御装置２３の図示していない記憶部に記録し、その記憶部に記録された画像に基づいて撮影範囲を設定してもよい。

図１は、本発明に係る顕微鏡システムの一実施形態の概略構成図である。 撮像装置の概略構成図である。 ＣＣＤ素子の構成の一例を示すブロック図である。 撮像装置、コントローラ及び制御装置の電気的な接続関係を示すためのブロック図である。 撮像装置のＣＣＤモードでの画像取得時の動作を示すフローチャートである。 ＣＣＤモードでの垂直転送に対応するタイミング信号のタイミングチャートを示す図である。 ＣＣＤモードでの１ライン水平読み出しを行う場合のタイミングチャートである ＴＤＩモードで画像を取得する場合の画像取得方法を示すフローチャートを示す図である。 ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動するときのタイミングチャートを示す図である。 顕微鏡システムでの画像取得方法を示すフローチャートを示す図である。 撮影範囲設定工程のフローチャートを示す図である。 焦点情報取得工程のフローチャートを示す図である。 画像取得工程のフローチャートを示す図である。

符号の説明

１…顕微鏡システム、３…試料ステージ（ステージ）、１１…対物レンズ、１５…撮像装置、２１…撮像制御部、２１Ａ…Ｉ／Ｆ回路（切替信号出力部）、２１Ｂ…タイミング信号発生回路、２１Ｃ…駆動ドライバ、２３…制御装置、２３Ｂ…焦点制御部、２３Ｃ…画像取得制御部、３５…色分解光学系、４５…ＣＣＤ素子、Ｐ…画素、Ｓ…試料。

Claims (4)

1. 試料を載置するためのステージと、
   前記ステージに載置された前記試料からの光を集光することによって前記試料の光像を形成せしめる対物レンズと、
   複数の画素が２次元状に配列されておりＣＣＤモード及びＴＤＩモードで駆動可能なＣＣＤ素子を有し、前記ＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動することによって前記試料の光像を取得する撮像装置と、
   前記撮像装置に制御信号を入力することによって前記ＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動せしめると共に、前記対物レンズと前記ステージとの相対位置を調整する制御装置とを備え、
   前記制御装置は、
   前記撮像装置に前記ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめる場合、取得された前記試料の光像に基づいて、ＴＤＩモードで駆動された前記ＣＣＤ素子によって前記試料の光像を得る際の焦点情報を取得すると共に、
   前記撮像装置に前記ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動せしめる場合、前記焦点情報に基づいて前記対物レンズと前記ステージとの相対位置を調整することによって前記試料に前記対物レンズの焦点をあわせながらＴＤＩモードで駆動された前記ＣＣＤ素子によって前記試料の光像を取得することを特徴とする顕微鏡システム。
2. 前記撮像装置は、
   前記ＣＣＤ素子を駆動する駆動ドライバと、
   前記駆動ドライバに前記ＣＣＤ素子をＣＣＤモード又はＴＤＩモードで駆動するためのタイミング信号を出力するタイミング信号発生回路と、
   前記制御装置から入力される制御信号に応じて前記ＣＣＤ素子の駆動モードをＣＣＤモードとＴＤＩモードとの間で切り替える切替信号を前記タイミング信号発生回路に出力する切替信号出力部とを備え、
   前記タイミング信号発生回路は、前記切替信号に応じて、前記駆動ドライバに出力する前記タイミング信号を、前記ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動するためのタイミング信号と、前記ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動するためのタイミング信号との間で切り替えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
3. 前記制御装置は、
   前記撮像装置に制御信号を送信することによって前記ＣＣＤ素子をＣＣＤモードで駆動せしめ、ＣＣＤモードで駆動された前記ＣＣＤ素子によって取得される前記試料の光像に基づいて前記焦点情報を取得する焦点制御部と、
   前記撮像装置に制御信号を送信することによって前記ＣＣＤ素子をＴＤＩモードで駆動せしめ、前記焦点制御部が取得した前記焦点情報に基づいて前記試料に前記対物レンズの焦点をあわせながらＴＤＩモードで駆動された前記ＣＣＤ素子によって前記試料の光像を取得する画像取得制御部とを備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の顕微鏡システム。
4. 前記撮像装置は、前記対物レンズによって集光される前記試料からの光を、異なる３つの色成分に分解する色分解光学系を更に備え、
   前記ＣＣＤ素子として、前記色分解光学系によって分解された３つの色成分の光による前記試料の光像を取得する３つのＣＣＤ素子を有することを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の顕微鏡システム。

Images