JP2014160213A - 顕微鏡システム及びプログラム - Google Patents

Abstract

【課題】観察対象面に応じた適切な球面収差の補正を容易に行うことができる技術を提供することを課題とする。
【解決手段】顕微鏡システム１００は、球面収差を補正する補正環１３を備えた対物レンズ１４と、対物レンズ１４の光軸に直交するサンプルＳの観察対象面に応じた補正環１３の最適値を算出するコンピュータ２０と、コンピュータ２０で算出された最適値に従って補正環１３を駆動する補正環駆動機構１７と、を備える。コンピュータ２０は、サンプルＳに対する対物レンズ１４の相対位置と相対位置に応じて生じる球面収差が補正された状態における補正環１３の設定値である最適値との複数の組み合わせを取得し、取得した複数の組み合わせに基づいて相対位置と最適値との関係を示す関数を補間により算出し、関数と観察対象面から決定される相対位置とに基づいて観察対象面に応じた最適値を算出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡システムと顕微鏡システムのプログラムに関する。

顕微鏡によるサンプルの観察では、カバーガラスの厚さによって異なる量の球面収差が発生することが知られており、カバーガラスの厚さに起因する球面収差を補正する手段として対物レンズの補正環が知られている。

従来、補正環は、専らカバーガラスの厚さに起因する球面収差を補正する手段として用いられてきたが、サンプルの深部を観察する手法が開発され普及した近年では、観察対象面の深さに応じて変化する球面収差を補正する目的でも使用されている。

しかしながら、サンプルの画像を観察しながら最適に球面収差が補正されているか否かを判断することは容易ではないことから、補正環を用いて球面収差を補正する作業は、敬遠されがちであり、補正環が十分に活用されていないことも多い。このため、補正環を用いて球面収差を補正する作業を補助する技術が提案され、例えば、特許文献１に開示されている。

特許文献１には、サンプルの温度、サンプルの屈折率、観察対象面の深さを含む観察条件に応じて、収差が最小となる補正環の最適回転位置を算出する顕微鏡システムが開示されている。特許文献１に開示される顕微鏡システムでは、観察条件を入力することで補正環が自動的に観察条件に応じた最適回転位置まで回転する。

特開２００５−０４３６２４号公報

しかしながら、特許文献１に開示される顕微鏡システムでは、想定され得る観察条件毎に実験またはシミュレーションを事前に行って、その結果を記憶しておく必要がある。また、観察時には、観察対象面の深さだけではなく、サンプルの温度及び屈折率などのサンプルの情報も入力しなければない。つまり、ユーザは、観察に際してサンプルの状態を把握している必要があり、サンプルの状態がわからないと適切な補正が行えない。

このため、特許文献１に開示される顕微鏡システムとは異なる方法で、球面収差を補正する手段を用いて球面収差を補正する作業を補助する他の技術が求められている。

以上では、カバーガラスの厚さや観察対象面の深さによって変化する球面収差を補正する手段として補正環を例示したが、球面収差を補正する任意の手段において、同様の課題が生じうる。
以上のような実情を踏まえ、本発明は、観察対象面に応じた適切な球面収差の補正を容易に行うことができる技術を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、対物レンズと、球面収差を補正する補正装置と、サンプルに対する前記対物レンズの相対位置と前記相対位置に応じて生じる球面収差が補正された状態における前記補正装置の設定値である最適値との複数の組み合わせを取得し、取得した前記複数の組み合わせに基づいて前記相対位置と前記最適値との関係を示す関数を補間により算出し、前記関数と前記対物レンズの光軸に直交する前記サンプルの観察対象面から決定される前記相対位置とに基づいて前記観察対象面に応じた前記最適値を算出する制御装置と、前記制御装置で算出された前記最適値に従って前記補正装置を駆動する補正装置駆動装置と、を備える、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、前記補正装置は、前記対物レンズ内のレンズを移動させる補正環である、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、前記制御装置は、複数の前記相対位置を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記相対位置毎に前記設定値を変更しながら取得した前記サンプルの複数の画像データの各々からコントラスト評価法または明るさ評価法により算出した評価値が最大となる前記設定値を前記最適値として決定し、前記相対位置と前記最適値との前記複数の組み合わせを取得する、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第４の態様は、第２の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、前記制御装置は、複数の前記相対位置を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記相対位置毎に前記設定値を変更しながら取得した前記サンプルの複数の画像データの各々からコントラスト評価法または明るさ評価法により算出した評価値と前記設定値との関係を示すグラフを表示装置に表示させ、受け付けた前記相対位置毎に前記設定値を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記設定値を前記最適値として決定し、前記相対位置と前記最適値との前記複数の組み合わせを取得する、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第５の態様は、第４の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、前記制御装置は、前記グラフを表示した前記表示装置への接触を検出して、接触を検出した位置にある前記グラフ上の点に対応する前記設定値を前記最適値として決定する、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第６の態様は、第２の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、前記制御装置は、前記相対位置及び前記補正装置の設定値を変更しながら取得された前記サンプルの複数の画像データの各々からコントラスト評価法または明るさ評価法により算出した評価値と前記相対位置と前記設定値との関係を示す３次元情報を図示して表示装置に表示させ、前記３次元情報上で複数点を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記複数点の各々が示す前記設定値と前記相対位置の組み合わせを前記複数の組み合わせとして取得する、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第７の態様は、第３の態様乃至第６の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡システムにおいて、前記制御装置は、前記サンプル内の評価対象とすべき範囲を指定する観察者による入力を受け付けて、前記受け付けた範囲内で前記評価値を算出する、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第８の態様は、第１の態様乃至第７の態様のいずれか１つに記載の顕微鏡システムにおいて、前記制御装置は、前記観察対象面を指定する観察者による入力を受け付けて、前記関数と受け付けた前記観察対象面から決定される前記相対位置とに基づいて前記観察対象面に応じた前記最適値を算出する、顕微鏡システムを提供する。

本発明の第９の態様は、対物レンズと球面収差を補正する補正装置と前記補正装置を駆動する補正装置駆動装置とを備える顕微鏡システムのプログラムであって、サンプルに対する前記対物レンズの相対位置と前記相対位置に応じて生じる球面収差が補正された状態における前記補正装置の設定値である最適値との複数の組み合わせを取得し、取得した前記複数の組み合わせから補間により前記相対位置と前記最適値との関係を示す関数を算出し、算出された前記関数と前記対物レンズの光軸に直交する前記サンプルの観察対象面から決定される前記相対位置とに基づいて前記観察対象面に応じた前記最適値を算出し、前記補正装置駆動装置に、算出された前記最適値に従って前記補正装置を駆動させる処理をコンピュータに実行させる、プログラムを提供する。

本発明によれば、観察対象面に応じた適切な球面収差の補正を容易に行うことができる技術を提供することができる。

本発明の実施例１に係る顕微鏡システムの構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る顕微鏡システムに含まれるコンピュータ２０のハードウェア構成を示す図である。 本発明の実施例１に係る顕微鏡システムによる観察前に行なわれる関数算出処理のフローチャートである。 本発明の実施例１に係る顕微鏡システムによる観察時に行なわれる球面収差補正処理のフローチャートである。 関心領域の指定方法を説明するための図である。 評価値と補正環の回転角との関係を取得する方法を説明するための図である。 相対位置と補正環の回転角との関係を示す関数を取得する方法を説明するための図である。 本発明の実施例２に係る顕微鏡システムによる観察前に行なわれる関数算出処理のフローチャートである。 評価値と補正環の回転角との関係を取得する方法を説明するための別の図である。 本発明の実施例３に係る顕微鏡システムによる観察前に行なわれる関数算出処理のフローチャートである。 評価値と対物レンズの相対位置と補正環の回転角との関係を示す３次元情報を図示した図である。

図１は、本実施例に係る顕微鏡システム１００の構成を示す図である。図２は、顕微鏡システム１００に含まれるコンピュータ２０のハードウェア構成を示す図である。まず、図１及び図２を参照しながら、顕微鏡システム１００の構成について説明する。

図１に例示される顕微鏡システム１００は、顕微鏡装置１０と、コンピュータ２０と、モニタ３０と、コンピュータ２０への指示を入力するための複数の入力装置（キーボード４０、補正環１３を操作するための補正環操作装置４１、及び、Ｚレボルバ１５を操作するためのＺレボルバ操作装置４２）と、を備えている。モニタ３０は、タッチパネルディスプレイ装置であり、表示装置であるとともに入力装置でもある。

顕微鏡装置１０は、サンプルＳを配置する透明試料台１１と、透明試料台１１を支持するステージ１２と、球面収差を補正する補正装置である補正環１３と、補正環１３を備えた対物レンズ１４と、対物レンズ１４が装着されたＺレボルバ１５と、サンプルＳを撮像する撮像装置１６と、補正環１３を回転させる補正環駆動機構１７と、Ｚレボルバ１５を対物レンズ１４の光軸方向に移動させるＺレボルバ駆動機構１８と、を備えている。撮像装置１６、補正環駆動機構１７及びＺレボルバ駆動機構１８は、コンピュータ２０に接続されていて、これらは、コンピュータ２０の制御下で動作するように構成されている。

顕微鏡装置１０では、サンプルＳからの光が透明試料台１１及び対物レンズ１４を通って撮像装置１６に集光することで、撮像装置１６によりサンプルＳが撮像され、サンプルＳの画像データが取得される。取得した画像データは、コンピュータ２０へ出力される。

補正環１３は、回転量に応じて対物レンズ１４内のレンズを光軸方向に移動させる手段であり、対物レンズ１４を構成するレンズ間の距離の変化により対物レンズ１４で生じる球面収差の量を変化させるものである。顕微鏡装置１０では、補正環駆動機構１７が補正環１３を回転させることで、透明試料台１１の厚さや観察対象面の深さによって発生量が変化する球面収差を、対物レンズ１４の球面収差により良好に補正する。

図１では、球面収差を補正する補正装置として補正環１３が例示されているが、補正装置は、補正環１３に限られず、光路上で生じる球面収差の量を変化させることができるものであればよい。補正装置は、例えば、対物レンズ１４と撮像装置１６の間に配置される図示しない光学系のレンズを移動させる装置であってもよく、また、ＬＣＯＳ（Liquid crystal on silicon、商標）、ＤＦＭ（Deformable Mirror）、液体レンズなどを用いた装置であってもよい。

また、図１では、Ｚレボルバ１５を光軸方向に移動させることでサンプルＳに対する対物レンズ１４の相対位置を変化させてサンプルＳの観察対象面を変化させる構成を例示しているが、観察対象面を変化させる構成は、これに限られない。サンプルＳに対する対物レンズ１４の相対位置を変化させることができるものであればよく、例えば、ステージ１２を光軸方向に移動させることでサンプルＳに対する対物レンズ１４の相対位置を変化させてもよい。この場合、顕微鏡システム１００は、Ｚレボルバ駆動機構１８の代わりにステージ１２を光軸方向に移動させるステージ駆動機構を備えても良い。

コンピュータ２０は、顕微鏡システム１００全体の動作を制御する制御装置であり、例えば、ワークステーションやパーソナルコンピュータなどの汎用のコンピュータであってもよく、または、専用装置であってもよい。

コンピュータ２０は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２１、メモリ２２、入力Ｉ／Ｆ２３、出力Ｉ／Ｆ２４、外部記憶装置２５、及び、可搬記録媒体２７が挿入される可搬記録媒体駆動装置２６を備え、これらがバス２８によって相互に接続されている。なお、図２は、コンピュータ２０の構成の一例であり、コンピュータ２０はこの構成に限定されるものではない。

ＣＰＵ２１は、プログラムを実行してコンピュータ２０全体の制御を行う。メモリ２２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）であり、プログラムの実行の際に、外部記憶装置２５または可搬記録媒体２７に記憶されているプログラムまたはデータを一時的に格納するメモリである。

入力Ｉ／Ｆ２３は、入力装置であるキーボード４０、補正環操作装置４１、Ｚレボルバ操作装置４２、及び、モニタ３０からの信号を検出する手段であり、観察者による入力を受け付ける入力受付部として機能する。出力Ｉ／Ｆ２４は、表示装置であるモニタ３０へ信号を出力する手段であり、モニタ３０の表示を制御する表示制御部として機能する。出力Ｉ／Ｆ２４は、その他、図示しない印刷装置へ信号を出力しても良い。

外部記憶装置２５は、例えば、ハードディスク記憶装置であり、主に各種データやプログラムの保存に用いられる。可搬記録媒体駆動装置２６は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記録媒体２７を収容するもので、外部記憶装置２５を補助する役割を有する。

図３は、本実施例に係る顕微鏡システムによる観察前に行なわれる関数算出処理のフローチャートである。図４は、本実施例に係る顕微鏡システムによる観察時に行なわれる球面収差補正処理のフローチャートである。以下、図３及び図４を参照しながら、顕微鏡システム１００の動作について詳細に説明する。

顕微鏡システム１００では、サンプルＳを透明試料台１１に配置後、サンプルＳの観察を開始する前に、コンピュータ２０により図３に示す関数算出処理が行われる。図３に示す処理は、外部記憶装置２５または可搬記録媒体２７に記録されているプログラムがメモリ２２にロードされてＣＰＵ２１で実行されることにより行われ、例えば、キーボード４０などを用いた観察者による関数算出処理の開始指示によって開始される。

まず、コンピュータ２０は、Ｚレボルバ駆動機構１８を制御して、透明試料台１１とサンプルＳとの界面に焦点を合わせる（ステップＳ１０１）。このステップは、既知の任意の方法により行われ得る。このときのサンプルＳに対する対物レンズ１４の相対位置を位置Ｚ０とする。

その後、コンピュータ２０は、相対位置を指定する観察者による複数の入力を受け付けて、受け付けた相対位置をメモリ２２に記憶させる（ステップＳ１０３）。観察者による相対位置の入力は、例えば、キーボード４０などの入力装置を用いて行われる。

次に、コンピュータ２０は、現在の相対位置（ここでは、位置Ｚ０）におけるサンプルＳの画像をモニタ３０に表示させて、サンプルＳ内の評価対象とすべき範囲（以降、関心領域と記す）を指定する観察者による入力を受け付ける（ステップＳ１０５）。観察者による関心領域の入力は、例えば、図５に示すように、モニタ３０に表示されたサンプルＳの画像１を見ながら、より良好に観察すべき部分、例えば、サンプルＳ内の特徴的な形状を有する部分、が含まれるように、キーボード４０などの入力装置を用いて行なわれる。コンピュータ２０は、指定されたサンプルＳの画像１の一部の領域を関心領域２として検出し、メモリ２２に記憶させる。

さらに、コンピュータ２０は、補正環１３の回転角毎の評価値を算出する（ステップＳ１０７）。具体的には、コンピュータ２０は、まず、補正環駆動機構１７を制御して、図６（ａ）に示すように、補正環駆動機構１７に補正環１３を回転させる。そして、補正環１３の回転角毎に撮像装置１６にサンプルＳの画像データを取得させる。つまり、補正装置の設定値である回転角を変更しながら撮像装置１６に複数の画像データを取得させる。さらに、取得した画像データの各々から各画像のコントラストを示す評価値をコントラスト評価法により算出する。このとき、評価値は、ステップＳ１０５で観察者から受け付けた関心領域２の範囲内で算出する。その結果、図６（ｂ）に示すような、評価値と補正環１３の回転角との関係が得られる。

回転角毎の評価値が算出されると、コンピュータ２０は、評価値が最大となる補正環１３の回転角を最適値（ここでは、回転角θ０）として決定する（ステップＳ１０９）。これは、球面収差が良好に補正された状態では画像のコントラストが高くなることから、評価値が最大となる状態は球面収差が良好に補正された状態であると考えられるからである。なお、最適値とは、相対位置に応じて生じる球面収差が補正された状態における補正装置の設定値（ここでは、補正環１３の回転角）のことである。

最適値が算出されると、コンピュータ２０は、現在の相対位置（ここでは、位置Ｚ０）とステップＳ１０９で決定した最適値（ここでは、回転角θ０）との組み合わせをメモリ２２に記憶させる（ステップＳ１１１）。

その後、コンピュータ２０は、ステップＳ１０３で受け付けたすべての相対位置に移動済みであるか否かを判断する（ステップＳ１１３）。未だ移動していない相対位置があると判断すると、Ｚレボルバ駆動機構１８を制御して、対物レンズ１４を次の相対位置（例えば、位置Ｚ１）に移動させる（ステップＳ１１５）。その後、ステップＳ１０５からステップＳ１１１の処理を繰り返す。

このようにして、すべての相対位置でステップＳ１０５からステップＳ１１１までの処理を繰り返し行うことで、コンピュータ２０は、相対位置毎に、算出した評価値が最大となる回転角を最適値として決定し、相対位置と最適値との複数の組み合わせを取得する。

すべての相対位置に移動済みであると判断すると、コンピュータ２０は、メモリ２２からステップＳ１１１で記憶した相対位置と最適値との複数の組み合わせを読み出して、その複数の組み合わせに基づいて相対位置と最適値との関係を示す関数を補間により算出する（ステップＳ１１７）。関数は、図７に示すように、相対位置Ｚ０と最適値θ０との組み合わせと、相対位置Ｚ１と最適値θ１との組み合わせから、線形補間により算出してもよい。なお、補間法は、線形補間法に限られず、任意の補間法を採用し得る。
最後に、コンピュータ２０は、ステップＳ１１７で算出した関数をメモリ２２に記憶させて（ステップＳ１１９）、処理を終了する。

顕微鏡システム１００では、図３に示す関数算出処理が終了しサンプルＳの観察を行うときに、コンピュータ２０により図４に示す球面収差補正処理が行われる。図４に示す球面収差補正処理は、外部記憶装置２５または可搬記録媒体２７に記録されているプログラムがメモリ２２にロードされてＣＰＵ２１で実行されることにより行われ、例えば、キーボード４０などを用いた観察者による球面収差補正処理の開始指示によって開始される。

まず、コンピュータ２０は、観察対象面を指定する観察者による入力を受け付ける（ステップＳ２０１）。観察者による観察対象面の入力は、例えば、キーボード４０などの入力装置を用いて行われる。
次に、コンピュータ２０は、図３に示す関数算出処理で算出された相対位置と最適値との関係を示す関数をメモリ２２から読み出す（ステップＳ２０３）。

そして、コンピュータ２０は、ステップＳ２０３で読み出した関数とステップＳ２０１で受け付けた観察対象面から決定される相対位置とに基づいて、観察対象面に応じた最適値（つまり、補正環１３の回転角）を算出する（ステップＳ２０５）。具体的には、ステップＳ２０３で読み出した関数にステップＳ２０１で受け付けた相対位置を代入することにより、観察対象面に応じた最適値を算出する。

最後に、コンピュータ２０は、ステップＳ２０５で算出された最適値に従って、補正環駆動機構１７に補正環１３を回転させて（ステップＳ２０７）、処理を終了する。これにより、補正環駆動機構１７は、コンピュータ２０で算出された最適値に従って補正環１３を回転させて、補正環１３の回転角を最適値に設定する。

本実施例に係る顕微鏡システム１００は、観察対象物であるサンプルＳを用いて相対位置と最適値との関係を示す関数を補間により算出し、その関数を用いて球面収差を補正する。このため、顕微鏡システム１００によれば、観察対象面の深さを変化させた場合であっても、観察対象面の深さに応じて変化する球面収差を適切に補正することができる。

また、観察者が複数の相対位置、関心領域、及び観察対象面を指定する入力を行うだけで、顕微鏡システム１００は、観察対象面の深さに応じて変化する球面収差を適切に補正することができる。このため、顕微鏡システム１００によれば、サンプルＳの温度及び屈折率などのサンプルＳの情報を観察者が入力することなく、観察対象面に応じた球面収差を容易に補正することが可能であり、また、観察者がサンプルＳの情報を把握していない場合であっても適切に球面収差を補正することができる。

また、顕微鏡システム１００は、観察開始前に観察対象物であるサンプルＳを用いて関数を算出し、その関数を用いて球面収差を補正する。このため、顕微鏡システム１００によれば、サンプルＳの種類やサンプルＳの状態毎の大量のデータを事前に準備する必要がなく、また、未知のサンプルＳの観察にも対応することが可能となる。

また、顕微鏡システム１００は、観察開始前に算出される関数は、複数の相対位置と最適値との組み合わせを補間することにより算出され、観察対象面に応じた最適値は、観察対象面から決定される相対位置を関数へ代入することにより算出される。このため、顕微鏡システム１００によれば、球面収差を補正するために複雑な演算を行なう必要がなく、短時間で観察対象面に応じた球面収差を補正することができる。

また、顕微鏡システム１００は、観察開始前に一度関数を算出すれば、その後は、観察対象面が変化する毎にその関数を用いて球面収差を補正することができる。このため、顕微鏡システム１００によれば、観察対象面が変化する毎に関数を算出する必要がないため、短時間で観察対象面に応じた球面収差を補正することができる。従って、観察対象面の深さを変えながら大量の画像を撮像するＺスタックを行う場合などに、特に好適である。また、関数に相対位置を代入するだけで最適値を算出することができるため、最適値を算出するだけのためにサンプルに光を照射する必要がない。このため、光の照射によりサンプルが褪色する蛍光観察において、特に好適である。

また、顕微鏡システム１００では、ステップＳ１０３で受け付ける相対位置の入力を、対物レンズ１４の焦点位置が透明試料台１１とサンプルＳとの界面よりもサンプルＳ側に位置するような相対位置の入力のみに限定してもよい。このように相対位置の入力を制限することで、相対位置に対応する対物レンズ１４の焦点位置がサンプルＳ内に制限されるため、ステップＳ１１７でより適切に球面収差を補正する関数を算出することができる。

また、顕微鏡システム１００では、ステップＳ１０１で移動した相対位置である位置Ｚ０からの距離が対物レンズ１４の作動距離（ＷＤ：working distance）以内の相対位置にのみ移動するように制限しても良い。これにより、対物レンズ１４が透明試料台１１に接触する事態を回避することができる。

また、顕微鏡システム１００では、ステップＳ１１５において、ステップＳ１０１で移動した相対位置（位置Ｚ０）に近い位置から順番に移動するようにしてもよい。移動する相対位置の順番をこのように決定することで、Ｚレボルバ駆動機構１８による対物レンズ１４の移動方向が一定になるため、バックラッシュの影響を取り除いた高精度な位置決めが可能となる。なお、ステップＳ１０７における補正環駆動機構１７による補正環１３の回転も一定の方向に制限することで、同様にバックラッシュの影響を取り除くことができる。また、移動方向や回転方向を一定の方向に制限する場合には、補正環駆動機構１７としてステッピングモータを用いることが望ましい。補正環駆動機構１７がステッピングモータであれば、変位量をステッピングモータの駆動パルス数をカウントすることで特定することができるため、変位センサを用いることなく、高精度位置決めが可能となるからである。

なお、図３及び図４で示す処理は、本実施例に係る顕微鏡システム１００で行われる処理の一例であり、種々の変形が可能である。例えば、図３のステップＳ１０１では、透明試料台１１とサンプルＳの界面に焦点を合わせる例を示したが、最初から観察者が指定した相対位置に対物レンズ１４を移動させても良い。

また、関心領域を指定する図３のステップＳ１０５は省略しても良い。ただし、サンプルＳ全体を評価するとステップＳ１０７で評価値のピークが複数生じる場合には、ステップＳ１０５で関心領域を指定することが望ましい。関心領域２を適切に指定することで評価値のピークが複数生じる事態を回避することができるため、コンピュータ２０が最適値をより高速に決定することが可能となる。

また、図３のステップＳ１０７では、画像のコントラストを示す評価値の代わりに、画像の明るさを示す評価値を算出しても良く、この場合、コントラスト評価法の代わりに、明るさ評価法を採用しても良い。球面収差が良好に補正された状態では画像の明るさも高くなるからである。

なお、顕微鏡装置１０の構成は、図１に示す構成に限られない。例えば、図１では、顕微鏡装置１０が倒立顕微鏡として図示されているが、顕微鏡装置１０は倒立顕微鏡に限られず、正立顕微鏡であっても良い。この場合、ステップＳ１０１では、透明試料台１１とサンプルＳの界面に焦点を合わせる代わりに、カバーガラスとサンプルＳの界面に焦点を合わせる。

図８は、本実施例に係る顕微鏡システムによる観察前に行なわれる関数算出処理のフローチャートである。以下、図８を参照しながら、本実施例に係る顕微鏡システムの動作について詳細に説明する。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、図３に示す関数算出処理の代わりに、図８に示す関数算出処理を行う点が、実施例１に係る顕微鏡システム１００と異なっている。その他の点は、実施例１に係る顕微鏡システム１００と同様であるので、同一の構成要素については、同一の符号で参照する。

本実施例に係る顕微鏡システムでは、サンプルＳを透明試料台１１に配置後、サンプルＳの観察を開始する前に、コンピュータ２０により図８に示す関数算出処理が行われる。図８に示す処理は、外部記憶装置２５または可搬記録媒体２７に記録されているプログラムがメモリ２２にロードされてＣＰＵ２１で実行されることにより行われ、例えば、キーボード４０などを用いた観察者による関数算出処理の開始指示によって開始される。

なお、ステップＳ３０１からステップＳ３０７までの処理は、図３のステップＳ１０１からステップＳ１０７までの処理と同様である。ステップＳ３０７では、コンピュータ２０は、補正環１３の回転角毎の評価値を算出する。具体的には、コンピュータ２０は、まず、補正環駆動機構１７を制御して、図９（ａ）に示すように、補正環駆動機構１７に補正環１３を回転させる。そして、補正環１３の回転角毎に撮像装置１６にサンプルＳの画像データを取得させる。さらに、取得した画像データの各々から各画像のコントラストを示す評価値をコントラスト評価法により算出する。このとき、評価値は、ステップＳ３０５で観察者から受け付けた関心領域２の範囲内で算出する。その結果、図９（ｂ）に示すような、評価値と補正環１３の回転角との関係が得られる。

回転角毎の評価値が算出されると、コンピュータ２０は、例えば、図９（ｂ）に示すような補正環１３の回転角と評価値との関係を示すグラフを、モニタ３０に表示させる（ステップＳ３０９）。

その後、コンピュータ２０は、回転角を指定する観察者による入力を受け付ける（ステップＳ３１１）。観察者による回転角の入力は、モニタ３０に表示されたグラフを参照しながら、補正環操作装置４１などの入力装置を手動で用いて行われる。コンピュータ２０は、受け付けた回転角を最適値として決定し（ステップＳ３１３）、現在の相対位置とステップＳ３１３で決定した最適値との組み合わせをメモリ２２に記憶させる（ステップＳ３１５）。なお、観察者は、例えば、図８（ｂ）に示すグラフ上の評価値が最大となる点Ｐに触れることで点Ｐに対応する回転角を指定してもよい。この場合、コンピュータ２０は、グラフを表示したモニタ３０への接触を検出して、接触を検出した位置にあるグラフ上の点Ｐに対応する回転角を最適値として決定する。

その後、コンピュータ２０は、ステップＳ３０３で受け付けたすべての相対位置に移動済みであるか否かを判断する（ステップＳ３１７）。未だ移動していない相対位置があると判断すると、Ｚレボルバ駆動機構１８を制御して、対物レンズ１４を次の相対位置に移動させる（ステップＳ３１９）。その後、ステップＳ３０５からステップＳ３１５の処理を繰り返す。

このようにして、すべての相対位置でステップＳ３０５からステップＳ３１５までの処理を繰り返し行うことで、コンピュータ２０は、相対位置毎にグラフ表示後に受け付けた回転角を最適値として決定して、相対位置と最適値との複数の組み合わせを取得する。

すべての相対位置に移動済みであると判断すると、コンピュータ２０は、メモリ２２からステップＳ３１５で記憶した相対位置と最適値との複数の組み合わせを読み出して、その複数の組み合わせに基づいて相対位置と最適値との関係を示す関数を補間により算出する（ステップＳ３２１）。その後、コンピュータ２０は、算出した関数をメモリ２２に記憶させて、処理を終了する（ステップＳ３２３）。

本実施例に係る顕微鏡システムによっても、実施例１に係る顕微鏡システム１００と同様の効果を得ることができる。また、種々の変形が可能である点も実施例１に係る顕微鏡システム１００と同様である。

なお、実施例１に係る顕微鏡システム１００では、相対位置毎の最適値は自動的に決定されるのに対して、本実施例に係る顕微鏡システムでは、相対位置毎に回転角と評価値の関係を示すグラフがモニタ３０に表示された後に、観察者がグラフを参照しながら相対位置毎の最適値を決定する。このため、図９（ｂ）に示すように評価値のピークが複数生じる場合やノイズの影響でピークを自動的に特定することが困難な場合などにも、相対位置毎の最適値を適切に決定することができる。

図１０は、本実施例に係る顕微鏡システムによる観察前に行なわれる関数算出処理のフローチャートである。以下、図１０を参照しながら、本実施例に係る顕微鏡システムの動作について詳細に説明する。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、図３に示す関数算出処理の代わりに、図１０に示す関数算出処理を行う点が、実施例１に係る顕微鏡システム１００と異なっている。その他の点は、実施例１に係る顕微鏡システム１００と同様であるので、同一の構成要素については、同一の符号で参照する。

本実施例に係る顕微鏡システムでは、サンプルＳを透明試料台１１に配置後、サンプルＳの観察を開始する前に、コンピュータ２０により図１０に示す関数算出処理が行われる。図１０に示す処理は、外部記憶装置２５または可搬記録媒体２７に記録されているプログラムがメモリ２２にロードされてＣＰＵ２１で実行されることにより行われ、例えば、キーボード４０などを用いた観察者による関数算出処理の開始指示によって開始される。なお、ステップＳ４０１からステップＳ４０５までの処理は、図３のステップＳ１０１からステップＳ１０５までの処理と同様である。

コンピュータ２０は、ステップＳ４０３で入力された対物レンズ１４の相対位置近傍、即ち、ステップＳ４０３で入力された対物レンズ１４の相対位置から補正環１３の回転により変動すると想定される程度のＺ範囲内で、補正環１３の回転角と対物レンズ１４の相対位置を変化させて複数の評価値を算出する（ステップＳ４０７）。そして、相対位置と回転角と評価値の複数の組み合わせをメモリ２２に記憶させる（ステップＳ４０９）。

具体的には、コンピュータ２０は、まず、補正環駆動機構１７及びＺレボルバ駆動機構１８を制御して、図１１（ａ）に示すように、補正環駆動機構１７に補正環１３を回転させて、Ｚレボルバ駆動機構１８に対物レンズ１４を移動させる。そして、補正環１３の回転角毎で且つ対物レンズ１４の相対位置毎に、撮像装置１６にサンプルＳの画像データを取得させる。つまり、回転角及び相対位置を変更しながら撮像装置１６に複数の画像データを取得させる。さらに、取得した画像データの各々から各画像のコントラストを示す評価値をコントラスト評価法により算出して、評価値と相対位置と回転角との組み合わせをメモリ２２に記憶させる。

その後、コンピュータ２０は、ステップＳ４０３で受け付けたすべての相対位置に移動済みであるか否かを判断する（ステップＳ４１１）。未だ移動していない相対位置があると判断すると、Ｚレボルバ駆動機構１８を制御して、対物レンズ１４を次の相対位置に移動させる（ステップＳ４１３）。その後、ステップＳ４０５からステップＳ４０９の処理を繰り返す。

このようにして、すべての相対位置でステップＳ４０５からステップＳ４０９までの処理を繰り返し行うことで、コンピュータ２０は、入力された相対位置毎に、入力された相対位置近傍における相対位置と回転角と評価値の複数の組み合わせを取得する。そして、コンピュータ２０は、取得してメモリ２２に記憶された複数の組み合わせからなる評価値と相対位置と回転角との関係を示す３次元情報を、例えば、図１１（ｂ）に示すように図示してモニタ３０に表示させる（ステップＳ４１５）。図１１（ｂ）は、相対位置Ｚと回転角θを軸としたＺθ平面における評価値の分布を示す等高線をステップＳ４０３で受け付けた相対位置毎に示した図であり、評価値と相対位置と回転角との関係を示す３次元情報を図示したものである。

その後、コンピュータ２０は、図示された３次元情報上の複数点を指定する観察者による入力を受け付ける（ステップＳ４１７）。観察者による複数点の入力は、モニタ３０に表示された３次元情報を参照しながら、モニタ３０やキーボード４０などの入力装置を用いて行われる。観察者は、例えば、図１１（ｂ）に示す図示された３次元情報上で、等高線毎に最も評価値が高い１点（例えば、点Ｐ１、点Ｐ２）に触れることで複数点を指定してもよい。

コンピュータ２０は、ステップＳ４１７で受け付けた複数点が示す回転角と相対位置の複数の組み合わせを最適値と相対位置の複数の組み合わせとして決定して（ステップＳ４１９）、メモリ２２に記憶させる（ステップＳ４２１）。本実施例では、このようにして、コンピュータ２０は、最適値と相対位置の複数の組み合わせを取得する。

そして、コンピュータ２０は、メモリ２２からステップＳ４２１で記憶した相対位置と最適値との複数の組み合わせを読み出して、その複数の組み合わせに基づいて相対位置と最適値との関係を示す関数を補間により算出する（ステップＳ４２３）。最後に、コンピュータ２０は、算出した関数をメモリ２２に記憶させて、処理を終了する（ステップＳ４２５）。

本実施例に係る顕微鏡システムによっても、実施例１及び実施例２に係る顕微鏡システムと同様の効果を得ることができる。また、種々の変形が可能である点も実施例１及び実施例２に係る顕微鏡システムと同様である。

なお、実施例１に係る顕微鏡システム１００では、相対位置毎の最適値は自動的に決定されるのに対して、本実施例に係る顕微鏡システムでは、相対位置と回転角と評価値の関係を示す３次元情報がモニタ３０に表示された後に、観察者が３次元情報を参照しながら球面収差を良好に補正する最適値と相対値との組み合わせを決定する。このため、本実施例に係る顕微鏡システムによれば、実施例２に係る顕微鏡システムと同様に、図９（ｂ）に示すように評価値のピークが複数生じる場合やノイズの影響でピークを自動的に特定することが困難な場合などにも、相対位置と最適値の組み合わせを適切に決定することができる。

また、一般に、補正環１３の回転角に応じて対物レンズ１４の焦点距離が変化する場合、評価値の変動が収差の補正によるものか焦点位置の移動によるものかといったことを判断することはできない。しかしながら、少なくとも、上述した等高線などを用いて図示される３次元情報の最も高い評価値を示す相対位置と回転角の組み合わせでは、収差が良好に補正されていると考えられる。

従って、３次元情報の最も高い評価値を示す相対位置と回転角の組み合わせを用いて相対位置と最適値との関係を示す関数を算出する本実施例に係る顕微鏡システムによれば、対物レンズ１４が補正環１３の回転角に応じて焦点距離がわずかに変化する対物レンズであっても、良好に球面収差を補正することができる。

上述した各実施例は、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例に限定されるものではない。各実施例に係る顕微鏡システムは、特許請求の範囲により規定される本発明の思想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。

１ 画像
２ 関心領域
１０ 顕微鏡装置
１１ 透明試料台
１２ ステージ
１３ 補正環
１４ 対物レンズ
１５ Ｚレボルバ
１６ 撮像装置
１７ 補正環駆動機構
１８ Ｚレボルバ駆動機構
２０ コンピュータ
２１ ＣＰＵ
２２ メモリ
２３ 入力Ｉ／Ｆ
２４ 出力Ｉ／Ｆ
２５ 外部記憶装置
２６ 可搬記録媒体駆動装置
２７ 可搬記録媒体
２８ バス
３０ モニタ
４０ キーボード
４１ 補正環操作装置
４２ Ｚレボルバ操作装置
１００ 顕微鏡システム
Ｓ サンプル

Claims (9)

1. 対物レンズと、
   球面収差を補正する補正装置と、
   サンプルに対する前記対物レンズの相対位置と前記相対位置に応じて生じる球面収差が補正された状態における前記補正装置の設定値である最適値との複数の組み合わせを取得し、取得した前記複数の組み合わせに基づいて前記相対位置と前記最適値との関係を示す関数を補間により算出し、前記関数と前記対物レンズの光軸に直交する前記サンプルの観察対象面から決定される前記相対位置とに基づいて前記観察対象面に応じた前記最適値を算出する制御装置と、
   前記制御装置で算出された前記最適値に従って前記補正装置を駆動する補正装置駆動装置と、を備える
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
2. 請求項１に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記補正装置は、前記対物レンズ内のレンズを移動させる補正環である
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
3. 請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、複数の前記相対位置を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記相対位置毎に前記設定値を変更しながら取得した前記サンプルの複数の画像データの各々からコントラスト評価法または明るさ評価法により算出した評価値が最大となる前記設定値を前記最適値として決定し、前記相対位置と前記最適値との前記複数の組み合わせを取得する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
4. 請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、複数の前記相対位置を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記相対位置毎に前記設定値を変更しながら取得した前記サンプルの複数の画像データの各々からコントラスト評価法または明るさ評価法により算出した評価値と前記設定値との関係を示すグラフを表示装置に表示させ、受け付けた前記相対位置毎に前記設定値を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記設定値を前記最適値として決定し、前記相対位置と前記最適値との前記複数の組み合わせを取得する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
5. 請求項４に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記グラフを表示した前記表示装置への接触を検出して、接触を検出した位置にある前記グラフ上の点に対応する前記設定値を前記最適値として決定する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
6. 請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記相対位置及び前記補正装置の設定値を変更しながら取得された前記サンプルの複数の画像データの各々からコントラスト評価法または明るさ評価法により算出した評価値と前記相対位置と前記設定値との関係を示す３次元情報を図示して表示装置に表示させ、前記３次元情報上で複数点を指定する観察者による入力を受け付けて、受け付けた前記複数点の各々が示す前記設定値と前記相対位置の組み合わせを前記複数の組み合わせとして取得する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
7. 請求項３乃至請求項６のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記サンプル内の評価対象とすべき範囲を指定する観察者による入力を受け付けて、前記受け付けた範囲内で前記評価値を算出する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記観察対象面を指定する観察者による入力を受け付けて、前記関数と受け付けた前記観察対象面から決定される前記相対位置とに基づいて前記観察対象面に応じた前記最適値を算出する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
9. 対物レンズと球面収差を補正する補正装置と前記補正装置を駆動する補正装置駆動装置とを備える顕微鏡システムのプログラムであって、
   サンプルに対する前記対物レンズの相対位置と前記相対位置に応じて生じる球面収差が補正された状態における前記補正装置の設定値である最適値との複数の組み合わせを取得し、
   取得した前記複数の組み合わせから補間により前記相対位置と前記最適値との関係を示す関数を算出し、
   算出された前記関数と前記対物レンズの光軸に直交する前記サンプルの観察対象面から決定される前記相対位置とに基づいて前記観察対象面に応じた前記最適値を算出し、
   前記補正装置駆動装置に、算出された前記最適値に従って前記補正装置を駆動させる
   処理をコンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。