JP2015118227A - Microscope system and program - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡システムに関する。 The present invention relates to a microscope system.
近年、病理学的な検体観察を目的としたデジタル顕微鏡システムの研究開発が盛んに行われている。しかし、検体が封入されたプレパラートの撮影は必ずしも容易ではない。特に、試料全面にピントがあった「全焦点画像」の取得は、ユーザである病理医サイドから求められる最も基本的な要求であり、最も困難な技術的課題である。 In recent years, research and development of digital microscope systems for the purpose of pathological specimen observation have been actively conducted. However, it is not always easy to photograph a preparation in which a specimen is enclosed. In particular, the acquisition of an “omnifocal image” in which the entire surface of the sample is in focus is the most basic request and the most difficult technical problem required from the pathologist side who is the user.
試料全面にピントが合った画像（合焦画像）を取得することが難しい原因は、試料の非平坦性にある。特許文献１には、試料の各領域（ｘ，ｙ）においてｚ方向に焦点位置を上下させ、最もピントが合っているところを探索してから撮像することを繰り返す方法が開示されている。 The reason why it is difficult to acquire an image (in-focus image) in which the entire surface of the sample is in focus is non-flatness of the sample. Patent Document 1 discloses a method in which the focal position is moved up and down in the z direction in each region (x, y) of the sample, and the image is searched for after searching for the best focus.
しかしながら、動作の高速性が要求されるデジタル顕微鏡システムにおいては、より素早くかつ確実に合焦位置を決定する方法が求められる。 However, in a digital microscope system that requires high-speed operation, a method for determining the in-focus position more quickly and reliably is required.
そこで本発明は、高速かつ確実に合焦可能な顕微鏡システムおよびプログラムを提供する。 Therefore, the present invention provides a microscope system and program capable of focusing at high speed and with certainty.
本発明の一側面としての顕微鏡システムは、対物レンズを備えた撮像手段と、カバーガラス、封入層、および、スライドガラスを含むプレパラートを搭載可能なステージと、前記カバーガラスの第１の厚さと第１の屈折率、および、前記封入層の第２の厚さと第２の屈折率を測定する測定手段と、前記測定手段により測定されたデータに基づいて前記対物レンズと前記プレパラートとの間の距離を決定する制御手段とを有する。 A microscope system according to one aspect of the present invention includes an imaging unit including an objective lens, a stage on which a preparation including a cover glass, an encapsulating layer, and a slide glass can be mounted, and a first thickness and a first thickness of the cover glass. And a distance between the objective lens and the preparation based on the data measured by the measuring means and the measuring means for measuring the second thickness and the second refractive index of the encapsulating layer. Control means for determining.
本発明の他の側面としてのプログラムは、プレパラートを構成するカバーガラスの第１の厚さと第１の屈折率、および、該プレパラートを構成する封入層の第２の厚さと第２の屈折率を測定する測定ステップと、前記測定ステップにて測定されたデータに基づいて対物レンズと前記プレパラートとの間の距離を決定する制御ステップと、をコンピュータに実行させるように構成されている。 The program according to another aspect of the present invention includes a first thickness and a first refractive index of a cover glass constituting a preparation, and a second thickness and a second refractive index of an encapsulating layer constituting the preparation. The computer is configured to execute a measurement step of measuring and a control step of determining a distance between the objective lens and the preparation based on data measured in the measurement step.
本発明の他の目的及び特徴は、以下の実施例において説明される。 Other objects and features of the present invention are illustrated in the following examples.
本発明によれば、高速かつ確実に合焦可能な顕微鏡システムおよびプログラムを提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a microscope system and a program that can be focused at high speed and reliably.
以下、本発明の実施例について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
本実施例は、デジタル顕微鏡システム（デジタルスライドスキャナ）などに使用する被検サンプルであるプレパラートに封入された無染色試料を、顕微鏡（光学顕微鏡）で観察する際などに適用可能である。デジタルスライドスキャナとは、生物学や病理学的検査などで使用するプレパラートを高速でスキャンし、高解像度なデジタルデータに変換する装置である。本実施例は、例えば、開口数（ＮＡ）の大きい投影光学系を備えたデジタルスライドスキャナの高速な自動合焦を支援する機構として実施される。 The present embodiment can be applied when an unstained sample enclosed in a preparation, which is a sample to be used in a digital microscope system (digital slide scanner), is observed with a microscope (optical microscope). A digital slide scanner is a device that scans a preparation used in biology or pathological examination at high speed and converts it into high-resolution digital data. This embodiment is implemented as a mechanism that supports high-speed automatic focusing of a digital slide scanner having a projection optical system having a large numerical aperture (NA), for example.
まず、従来から用いられている自動合焦の問題点について説明する。スライドスキャナは、通常、合焦平面の高さを変化させながら試料の画像のコントラストを測定する。そしてスライドスキャナは、コントラストが最大となる高さの同定により、試料に合焦したとみなす。これを、コントラスト型オートフォーカスという。このタイプのオートフォーカス機構の問題点として、出発点でボケが大きく焦点が合っていないと判定された場合、実際の合焦平面が上方（カバーガラス方向）にあるのか、または下方にあるのかわからないということが挙げられる。すなわち、その次の動作において上方にスキャンすべきかまたは下方にスキャンすべきか、一般にはわからない。このように、次のスキャン方向が所望のコントラストを増加させるものである確実性はない。また、仮に一方の方向へ動かしてコントラストが増加した場合でも、コントラストが最大となる位置は、コントラストが最大となる位置を通過してコントラストが減少し始めたのを検出しない限りわからない。すなわち、この方法では、探索における行き過ぎが必須であり、それを修正する手間がかかる。 First, the problem of automatic focusing that has been conventionally used will be described. A slide scanner usually measures the contrast of a sample image while changing the height of a focusing plane. Then, the slide scanner considers that the sample is focused by identifying the height at which the contrast is maximum. This is called contrast autofocus. As a problem with this type of autofocus mechanism, if it is determined that there is a large amount of blur at the starting point and it is not in focus, it is not known whether the actual in-focus plane is above (in the cover glass direction) or below. It can be mentioned. That is, it is generally unknown whether to scan upward or downward in the next operation. Thus, there is no certainty that the next scan direction will increase the desired contrast. Even if the contrast is increased by moving in one direction, the position where the contrast is maximized is not known unless it is detected that the contrast starts to decrease after passing through the position where the contrast is maximized. That is, in this method, excessive search is essential, and it takes time and effort to correct it.
スライドスキャナにおいて合焦すべき高さは、水平座標（ｘ，ｙ）の関数である。従って、このような確実性のないピント合わせをｘｙ平面の全てに対して行おうとする場合、その時間的コストは極めて大きく、高速性というユーザのニーズを損ねる。 The height to be focused in the slide scanner is a function of the horizontal coordinate (x, y). Therefore, when trying to focus on all the xy planes without such certainty, the time cost is extremely large and the user's need for high speed is lost.
これらの問題を解決するため、本実施例は、プレパラート試料の本撮像を行う前に、封入層とスライドガラス上端との境界面を高速に検出し、その境界面に仮合焦する光学顕微鏡システムを提供する。試料は、必ずスライドガラスよりもカバーガラス方向（上方）にある。このため、封入層とスライドガラス上端との境界面の位置を検出することができれば、その境界面からカバーガラス方向にだけ探索を行えばよい。また、プレパラートは、基本的に、試料がスライドガラスに密着している状態を理想として作成される。従って、境界面の位置を検出することができれば、その直上付近において、求めるべきベストフォーカス位置が存在する可能性が高いため、探索を効率的に行うことができる。効率性をより向上させるため、仮合焦動作は、別のプレパラートが本撮像を行っている間に実行されることが好ましい。 In order to solve these problems, the present embodiment is an optical microscope system that detects the boundary surface between the encapsulating layer and the upper end of the slide glass at high speed and performs temporary focusing on the boundary surface before performing actual imaging of the preparation sample. I will provide a. The sample is always in the cover glass direction (above) rather than the slide glass. For this reason, if the position of the boundary surface between the encapsulating layer and the upper end of the slide glass can be detected, the search may be performed only from the boundary surface toward the cover glass. In addition, the preparation is basically created in a state where the sample is in close contact with the slide glass. Therefore, if the position of the boundary surface can be detected, there is a high possibility that the best focus position to be obtained exists in the vicinity immediately above the boundary surface, so that the search can be performed efficiently. In order to further improve the efficiency, it is preferable that the temporary focusing operation is executed while another preparation is performing the main imaging.
図１を参照して、本実施例における顕微鏡システムの構成について説明する。図１は、顕微鏡システム１００（光学的顕微鏡システム）の模式図である。 With reference to FIG. 1, the structure of the microscope system in a present Example is demonstrated. FIG. 1 is a schematic diagram of a microscope system 100 (optical microscope system).
図１において、１０１は搬入トレイ（収納手段）である。搬入トレイ１０１には、撮像対象のプレパラートが収納される。本実施例において、プレパラートは、カバーガラスおよび封入層を備えて構成されている。搬入トレイ１０１の容量の範囲において、複数のプレパラートを同時に投入（収納）することができる。１０２は測定機構（測定手段）である。測定機構１０２は、プレパラートを構成するカバーガラスの厚さ（第１の厚さ）および封入層の厚さ（第２の厚さ）を測定する。また測定機構は、カバーガラスの屈折率（第１の屈折率）および封入層の屈折率（第２の屈折率）を測定する。 In FIG. 1, reference numeral 101 denotes a carry-in tray (storage means). The carry-in tray 101 stores a preparation to be imaged. In this embodiment, the preparation includes a cover glass and an encapsulating layer. In the range of the capacity of the carry-in tray 101, a plurality of slides can be loaded (stored) simultaneously. Reference numeral 102 denotes a measuring mechanism (measuring means). The measuring mechanism 102 measures the thickness (first thickness) of the cover glass constituting the preparation and the thickness (second thickness) of the encapsulating layer. The measurement mechanism measures the refractive index (first refractive index) of the cover glass and the refractive index (second refractive index) of the encapsulating layer.
１０３は、対物レンズを備えた撮像機構（撮像手段）である。撮像機構１０３は、対物レンズ１０６、制御機構１０７（制御手段）、および、電動ステージ１０８（ステージ）を備えている。制御機構１０７は、測定機構１０２により測定されたデータ（測定結果）に基づいて対物レンズ１０６とプレパラート（例えば、カバーガラスの上端）との間の距離（すなわち対物レンズ１０６とプレパラートとの間の相対位置）を調節（決定）する。電動ステージ１０８は、カバーガラス、封入層、および、スライドガラスを含むプレパラートを搭載可能に構成されている。また撮像機構１０３は、調節された対物レンズ１０６の位置からカバーガラス方向（上方向）に対物レンズ１０６を移動させながら、複数の画像を取得する。すなわち撮像機構１０３は、制御機構１０７により決定された距離を小さくしながら複数の画像を取得する。 Reference numeral 103 denotes an imaging mechanism (imaging means) including an objective lens. The imaging mechanism 103 includes an objective lens 106, a control mechanism 107 (control means), and an electric stage 108 (stage). Based on the data (measurement result) measured by the measurement mechanism 102, the control mechanism 107 determines the distance between the objective lens 106 and the preparation (for example, the upper end of the cover glass) (that is, the relative distance between the objective lens 106 and the preparation). Position). The electric stage 108 is configured to be able to mount a preparation including a cover glass, an encapsulating layer, and a slide glass. In addition, the imaging mechanism 103 acquires a plurality of images while moving the objective lens 106 in the cover glass direction (upward) from the adjusted position of the objective lens 106. That is, the imaging mechanism 103 acquires a plurality of images while reducing the distance determined by the control mechanism 107.
１０４は搬出トレイ（搬出手段）である。搬出トレイ１０４には、撮像機構１０３による撮像が終了したプレパラートが排出される。搬入トレイ１０１、測定機構１０２、撮像機構１０３、および、搬出トレイ１０４は、それぞれ、搬送機構１０５（搬送手段）により連結されている。搬送機構１０５は、搬入トレイ１０１から測定機構１０２へ、測定機構１０２から撮像機構１０３へ、また、撮像機構１０３から搬出トレイ１０４へプレパラートを搬送するように構成されている。 Reference numeral 104 denotes a carry-out tray (carry-out means). The slide that has been imaged by the imaging mechanism 103 is discharged to the carry-out tray 104. The carry-in tray 101, the measurement mechanism 102, the imaging mechanism 103, and the carry-out tray 104 are respectively connected by a conveyance mechanism 105 (conveying means). The transport mechanism 105 is configured to transport the preparation from the carry-in tray 101 to the measurement mechanism 102, from the measurement mechanism 102 to the imaging mechanism 103, and from the imaging mechanism 103 to the carry-out tray 104.
本実施例の顕微鏡システム１００では、前述のように最初と最後のそれぞれのプレパラートを除き、あるプレパラートが撮像機構１０３で本撮像されている間にその次のプレパラートは測定機構１０２において測定される。すなわち測定機構１０２は、撮像機構１０３により複数の画像が取得されている間、別のプレパラート（例えば、撮像対象である次のプレパラート）の測定を行う。ただし、本実施例はこれに限定されるものではない。顕微鏡システムの構造によっては、測定機構１０２と撮像機構１０３とが空間的に同一の場所を占め、二つの機能が同一の場所にて実行されることも可能である。この場合、測定機構１０２と撮像機構１０３とを連結する搬送機構１０５は省略される。本実施例は、このような構成の顕微鏡システムにも適用可能である。 In the microscope system 100 according to the present embodiment, except for the first and last preparations as described above, the next preparation is measured by the measurement mechanism 102 while a certain preparation is being imaged by the imaging mechanism 103. That is, the measurement mechanism 102 measures another preparation (for example, the next preparation to be imaged) while a plurality of images are acquired by the imaging mechanism 103. However, the present embodiment is not limited to this. Depending on the structure of the microscope system, the measurement mechanism 102 and the imaging mechanism 103 occupy the same place in space, and the two functions can be executed at the same place. In this case, the transport mechanism 105 that connects the measurement mechanism 102 and the imaging mechanism 103 is omitted. The present embodiment can also be applied to the microscope system having such a configuration.
次に、図２を参照して、測定機構１０２で行われる処理についてモデルを用いて具体的に説明する。図２は、プレパラート２００の模式図である。本実施例では、プレパラート２００を図２で模式的に示されるような多層膜としてモデル化を行う。 Next, with reference to FIG. 2, the process performed by the measurement mechanism 102 will be specifically described using a model. FIG. 2 is a schematic diagram of the preparation 200. In the present embodiment, the preparation 200 is modeled as a multilayer film as schematically shown in FIG.
図２において、２０１はカバーガラスである。カバーガラス２０１は、プレパラート２００の最上部に設けられている。本実施例において、カバーガラス２０１の厚さ（第１の厚さ）をｄ１（ｘ，ｙ）とする。前述のように、カバーガラス２０１の厚さｄ１（ｘ，ｙ）は、厚さ分布の不均一性により、水平座標（ｘ，ｙ）の関数となる。カバーガラス２０１の厚さは、一般的な製品の規格値はあるものの、０．１２〜０．１７ｍｍ程度の製造誤差を含む。また、カバーガラス２０１の屈折率（第１の屈折率）をｎ１とする。カバーガラス２０１の屈折率ｎ１は比較的安定した値であり、典型的にはｎ１＝１．５２６程度であり、ほぼ既知である。 In FIG. 2, 201 is a cover glass. The cover glass 201 is provided on the top of the preparation 200. In this embodiment, the thickness (first thickness) of the cover glass 201 is d 1 (x, y). As described above, the thickness d 1 (x, y) of the cover glass 201 is a function of the horizontal coordinate (x, y) due to the nonuniformity of the thickness distribution. The thickness of the cover glass 201 includes a manufacturing error of about 0.12 to 0.17 mm although there is a standard value of a general product. Further, the refractive index (first refractive index) of the cover glass 201 is n 1 . The refractive index n 1 of the cover glass 201 is a relatively stable value, typically n 1 = 1.526, which is almost known.
２０２は試料、２０３は封入層である。封入層２０３は、カバーガラス２０１の下に設けられている。封入層２０３中のある高さ（位置）において、試料２０２がホルマリンなどの封入剤で封入されている。前述のように、試料２０２の高さは水平座標（ｘ，ｙ）の関数であり、既知ではない。本実施例において、試料２０２を含む封入層２０３の厚さ（第２の厚さ）をｄ２（ｘ，ｙ）とする。封入層２０３の厚さｄ２（ｘ，ｙ）も水平座標（ｘ，ｙ）の関数であり、その関数形はプレパラート２００ごとに異なる未知数である。一方、試料２０２と封入層２０３を構成する封入剤の屈折率ｎ２（第２の屈折率）は、通常、同様の値となるように設定されるため、同一視できる。例えば、典型的な封入剤としてホルマリンを用いる場合、ｎ２＝１．３７７程度である。２０４はスライドガラス（スライドガラス基盤）である。スライドガラス２０４は、プレパラート２００の最下部に設けられている。 202 is a sample and 203 is an encapsulating layer. The encapsulating layer 203 is provided under the cover glass 201. At a certain height (position) in the encapsulating layer 203, the sample 202 is encapsulated with an encapsulating agent such as formalin. As described above, the height of the sample 202 is a function of the horizontal coordinate (x, y) and is not known. In this embodiment, the thickness (second thickness) of the encapsulating layer 203 including the sample 202 is d 2 (x, y). The thickness d 2 (x, y) of the encapsulating layer 203 is also a function of the horizontal coordinate (x, y), and the function form is an unknown quantity that differs from one preparation 200 to another. On the other hand, since the refractive index n 2 (second refractive index) of the encapsulant constituting the sample 202 and the encapsulating layer 203 is usually set to be the same value, they can be identified. For example, when formalin is used as a typical encapsulant, n 2 = 1.377. Reference numeral 204 denotes a slide glass (slide glass base). The slide glass 204 is provided at the lowermost part of the preparation 200.
本実施例において、測定機構１０２が実質的に行う作業は、前述の未知数である、カバーガラス２０１の厚さｄ１（ｘ，ｙ）と封入層２０３の厚さｄ２（ｘ，ｙ）との同定である。このため測定機構１０２は、一種の多層膜厚測定器であるとみなすことができる。測定機構１０２にて測定が終了したプレパラート２００は、搬送機構１０５により撮像機構１０３へ搬送され、本撮像が行われる。本実施例において、測定機構１０２は、未知数であるカバーガラス２０１の厚さｄ１（ｘ，ｙ）および封入層２０３の厚さｄ２（ｘ，ｙ）を特定する。これにより、撮像機構１０３の対物レンズ１０６を、封入層２０３とスライドガラス２０４の上端との境界面２０５に容易に仮合焦させることができる。すなわち制御機構１０７は、対物レンズ１０６の焦点をスライドガラス２０４と封入層２０３との境界面２０５に合わせるように制御する。 In the present embodiment, the operation of the measurement mechanism 102 is performed substantially is the unknowns described above, the thickness d 1 (x, y) of the cover glass 201 and the thickness d 2 (x, y) of the encapsulation layer 203 and Identification. Therefore, the measurement mechanism 102 can be regarded as a kind of multilayer film thickness measuring instrument. The preparation 200 that has been measured by the measurement mechanism 102 is transported to the imaging mechanism 103 by the transport mechanism 105, and actual imaging is performed. In the present embodiment, the measurement mechanism 102 has a thickness d 1 (x, y) of the cover glass 201 is unknown and the thickness d 2 (x, y) of the encapsulation layer 203 identifies the. Thereby, the objective lens 106 of the imaging mechanism 103 can be easily temporarily focused on the boundary surface 205 between the encapsulating layer 203 and the upper end of the slide glass 204. That is, the control mechanism 107 performs control so that the focus of the objective lens 106 is adjusted to the boundary surface 205 between the slide glass 204 and the encapsulating layer 203.
次に、図３を参照して、対物レンズ１０６の動作を具体的に説明する。図３は、本実施例における対物レンズ１０６の位置の変化を示す図である。図３において、Ｗは、スライドガラス２０４の上に何も搭載していない場合の、スライドガラス２０４と対物レンズ１０６との間の距離である。 Next, the operation of the objective lens 106 will be specifically described with reference to FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating a change in the position of the objective lens 106 in the present embodiment. In FIG. 3, W is a distance between the slide glass 204 and the objective lens 106 when nothing is mounted on the slide glass 204.
ここで、ｄ１（ｘ，ｙ）、ｄ２（ｘ，ｙ）、ｎ１、ｎ２を用いて、対物レンズ１０６とカバーガラス２０１との間の距離Ｗ’（ｘ，ｙ）を、以下の式（１）のように定義する。 Here, using d 1 (x, y), d 2 (x, y), n 1 , and n 2 , the distance W ′ (x, y) between the objective lens 106 and the cover glass 201 is set as follows: The following equation (1) is defined.
近軸理論によれば、対物レンズ１０６とカバーガラス２０１との間の距離をＷ’（ｘ，ｙ）だけ離すことにより、対物レンズ１０６の焦点を封入層２０３とスライドガラス２０４との境界面２０５に仮に合わせる（仮合焦させる）ことができる。 According to the paraxial theory, the distance between the objective lens 106 and the cover glass 201 is separated by W ′ (x, y), thereby focusing the objective lens 106 on the boundary surface 205 between the encapsulating layer 203 and the slide glass 204. Can be temporarily adjusted (temporarily focused).
式（１）において、スライドガラス２０４と対物レンズ１０６との間の距離Ｗは、光学的測定により容易に得ることができる。また、ｄ１（ｘ，ｙ）、ｄ２（ｘ，ｙ）、ｎ１、ｎ２を特定することにより、機械的測定により、対物レンズ１０６とカバーガラス２０１との間の距離を、Ｗ’（ｘ，ｙ）に調整することができる。 In Expression (1), the distance W between the slide glass 204 and the objective lens 106 can be easily obtained by optical measurement. Further, by specifying d 1 (x, y), d 2 (x, y), n 1 , and n 2 , the distance between the objective lens 106 and the cover glass 201 is determined by mechanical measurement as W ′. It can be adjusted to (x, y).
このように測定機構１０２は、スライドガラス２０４の上にカバーガラス２０１および封入層２０３を設けていない状態で、対物レンズ１０６とスライドガラス２０４との間の距離Ｗ（第１の距離）を測定する。そして制御機構１０７は、距離Ｗ（第１の距離）、第１の厚さ、第２の厚さ、第１の屈折率、および、第２の屈折率に基づいて、対物レンズ１０６とカバーガラス２０１との間の距離（第２の距離）を決定する。 As described above, the measurement mechanism 102 measures the distance W (first distance) between the objective lens 106 and the slide glass 204 in a state where the cover glass 201 and the encapsulating layer 203 are not provided on the slide glass 204. . Then, the control mechanism 107 determines that the objective lens 106 and the cover glass are based on the distance W (first distance), the first thickness, the second thickness, the first refractive index, and the second refractive index. A distance (second distance) from 201 is determined.
また、この方法と同値の表現として、対物レンズ１０６とスライドガラス２０４の上端面との間の距離Ｗ’’（ｘ，ｙ）を、以下の式（２）のように定義することができる。 As an expression equivalent to this method, a distance W ″ (x, y) between the objective lens 106 and the upper end surface of the slide glass 204 can be defined as in the following formula (2).
対物レンズ１０６とスライドガラス２０４の上端面との間の距離をＷ’’（ｘ，ｙ）だけ離すことにより、対物レンズ１０６の焦点を封入層２０３とスライドガラス２０４との境界面２０５に仮に合わせる（仮合焦させる）ことができる。 By separating the distance between the objective lens 106 and the upper end surface of the slide glass 204 by W ″ (x, y), the objective lens 106 is temporarily focused on the boundary surface 205 between the encapsulation layer 203 and the slide glass 204. (Provisionally focused).
式（２）においても、スライドガラス２０４と対物レンズ１０６との間の距離Ｗは、光学的測定により容易に得ることができる。また、ｄ１（ｘ，ｙ）、ｄ２（ｘ，ｙ）、ｎ１、ｎ２を特定することにより、機械的測定により、対物レンズ１０６とスライドガラス２０４との間の距離を、Ｗ’’（ｘ，ｙ）に調整することができる。 Also in Formula (2), the distance W between the slide glass 204 and the objective lens 106 can be easily obtained by optical measurement. Further, by specifying d 1 (x, y), d 2 (x, y), n 1 , and n 2 , the distance between the objective lens 106 and the slide glass 204 is determined by mechanical measurement, and W ′. '(X, y) can be adjusted.
このように測定機構１０２は、スライドガラス２０４の上にカバーガラス２０１および封入層２０３を設けていない状態で、対物レンズ１０６とスライドガラス２０４との間の距離（第１の距離）を測定する。そして制御機構１０７は、第１の距離、第１の厚さ、第２の厚さ、第１の屈折率、および、第２の屈折率に基づいて、対物レンズ１０６とスライドガラス２０４との間の距離（第３の距離）を決定する。 As described above, the measurement mechanism 102 measures the distance (first distance) between the objective lens 106 and the slide glass 204 in a state where the cover glass 201 and the encapsulating layer 203 are not provided on the slide glass 204. Based on the first distance, the first thickness, the second thickness, the first refractive index, and the second refractive index, the control mechanism 107 moves between the objective lens 106 and the slide glass 204. Is determined (third distance).
このような構成により、撮像機構１０３は、対物レンズ１０６の焦点を封入層２０３とスライドガラス２０４との境界面２０５に仮に合わせた状態（仮合焦状態）から、試料２０２のコントラストが最も高い状態になるように探索（走査）を開始することができる。本実施例において、試料２０２は、確実に境界面２０５よりもカバーガラス２０１の方向（カバーガラス方向：図３中の上方向）にある。このため撮像機構１０３は、カバーガラス方向にのみ探索（走査）を行えばよい。そして撮像機構１０３は、調節された位置（仮合焦状態の位置）からカバーガラス方向に対物レンズ１０６を移動させながら、複数の画像を取得する。この間、測定機構１０２は、搬入トレイ１０１により運び込まれた別のプレパラートに対して予備測定を行う。本実施例の顕微鏡システム１００は、以上の工程を繰り返すように動作する。 With such a configuration, the imaging mechanism 103 has a state in which the contrast of the sample 202 is highest from a state where the focus of the objective lens 106 is temporarily aligned with the boundary surface 205 between the encapsulating layer 203 and the slide glass 204 (temporary in-focus state). The search (scanning) can be started as follows. In this embodiment, the sample 202 is surely in the direction of the cover glass 201 (the cover glass direction: the upward direction in FIG. 3) with respect to the boundary surface 205. Therefore, the imaging mechanism 103 only needs to search (scan) in the cover glass direction. The imaging mechanism 103 acquires a plurality of images while moving the objective lens 106 in the direction of the cover glass from the adjusted position (position in the temporarily focused state). During this time, the measurement mechanism 102 performs preliminary measurement on another preparation carried by the carry-in tray 101. The microscope system 100 of this embodiment operates so as to repeat the above steps.
次に、測定機構１０２がカバーガラス２０１の厚さｄ１（ｘ，ｙ）と封入層２０３の厚さｄ２（ｘ，ｙ）とを同定する方法について詳述する。ただし、ここで説明される方法は１つの具体例に過ぎず、その他の方法を用いてもよい。 The measurement mechanism 102 is described in detail a method of identifying the thickness d 1 (x, y) of the cover glass 201 and the thickness d 2 (x, y) of the encapsulation layer 203 and the. However, the method described here is only one specific example, and other methods may be used.
薄膜に入射した光線の反射率Ｒを求める理論は周知であり、例えば、非特許文献１に詳述されている。例えば、波長λでカバーガラス２０１に垂直に入射する光の反射率Ｒは、スライドガラス２０４の屈折率をｎｓとするとき、以下の式（３）のように表される。 The theory for obtaining the reflectance R of the light beam incident on the thin film is well known and is described in detail in Non-Patent Document 1, for example. For example, the reflectance R of light that is perpendicularly incident on the cover glass 201 at the wavelength λ is expressed by the following equation (3), where n s is the refractive index of the slide glass 204.
式（３）において（および、以降の説明において）、以下の式（４）、（５）のように定義される。 In the formula (3) (and in the following description), the following formulas (4) and (5) are defined.
式（５）において、ｋ＝２π／λと定義される。また、式（４）、（５）において、ｉ＝1、２、…、Ｓであり、Ｚ０は真空のインピーダンスである。 In equation (5), it is defined as k = 2π / λ. In equations (4) and (5), i = 1, 2,..., S, and Z 0 is the vacuum impedance.
これらの式と屈折率に関する既知の情報とを用いて、波長フィルタなどを用意して、複数の波長（２種類の波長）の光に対する反射率を測定し、電子計算により前述の連立方程式を解くことにより、ｄ１（ｘ，ｙ）とｄ２（ｘ，ｙ）とを同定することができる。このように測定機構１０２は、複数の波長の光線をプレパラート２００に垂直に入射させ、複数の波長の光線のそれぞれの光線の反射率に基づいて、第１の厚さｄ１（ｘ，ｙ）および第２の厚さｄ２（ｘ，ｙ）を測定する。 Using these formulas and known information about the refractive index, prepare a wavelength filter, etc., measure the reflectance for light of a plurality of wavelengths (two types of wavelengths), and solve the above simultaneous equations by electronic calculation Thus, d 1 (x, y) and d 2 (x, y) can be identified. As described above, the measurement mechanism 102 causes the light beams having a plurality of wavelengths to vertically enter the preparation 200, and the first thickness d 1 (x, y) based on the reflectance of each light beam having the plurality of wavelengths. And the second thickness d 2 (x, y) is measured.
本実施例の顕微鏡システム１００は、顕微鏡またはデジタルスライドスキャナなどに適して用いられ、生物学や病理学的観察の分野において有用である。また、本実施例の顕微鏡システム１００は、通常の光学顕微鏡に付加的に追加して用いることができる。 The microscope system 100 of the present embodiment is suitably used for a microscope or a digital slide scanner, and is useful in the fields of biology and pathological observation. Further, the microscope system 100 of the present embodiment can be used in addition to a normal optical microscope.
［その他の実施形態］
本発明は、以下の処理を実行することによっても実現される。すなわち、上述した実施形態の機能を実現するソフトウエア（プログラム）を、ネットワーク又は各種記憶媒体を介してシステム或いは装置に供給し、そのシステム或いは装置のコンピュータ（又はＣＰＵやＭＰＵ等）がプログラムを読み出して実行する処理である。この場合、顕微鏡システムの制御方法の手順が記述されたコンピュータで実行可能なプログラムおよびそのプログラムを記憶した記憶媒体は本発明を構成する。
[Other Embodiments]
The present invention is also realized by executing the following processing. That is, software (program) that realizes the functions of the above-described embodiments is supplied to a system or apparatus via a network or various storage media, and the computer (or CPU, MPU, etc.) of the system or apparatus reads the program. To be executed. In this case, a computer-executable program in which the procedure of the microscope system control method is described and a storage medium storing the program constitute the present invention.
本実施例の顕微鏡システムは、プレパラートの封入層とスライドガラスの上端との境界面に仮合焦した状態を迅速に素早く作り出すことができる。このため本実施例によれば、高速かつ確実に合焦可能な顕微鏡システムおよびプログラムを提供することができる。 The microscope system of the present embodiment can quickly and quickly create a temporarily focused state at the boundary surface between the preparation encapsulation layer and the upper end of the slide glass. For this reason, according to the present embodiment, it is possible to provide a microscope system and a program capable of focusing at high speed and reliably.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。 As mentioned above, although preferable embodiment of this invention was described, this invention is not limited to these embodiment, A various deformation | transformation and change are possible within the range of the summary.
１００ 顕微鏡システム
１０２ 測定機構
１０３ 撮像機構
１０７ 制御機構
１０８ 電動ステージ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Microscope system 102 Measuring mechanism 103 Imaging mechanism 107 Control mechanism 108 Electric stage
Claims (12)
カバーガラス、封入層、および、スライドガラスを含むプレパラートを搭載可能なステージと、
前記カバーガラスの第１の厚さと第１の屈折率、および、前記封入層の第２の厚さと第２の屈折率を測定する測定手段と、
前記測定手段により測定されたデータに基づいて前記対物レンズと前記プレパラートとの間の距離を決定する制御手段と、を有することを特徴とする顕微鏡システム。 Imaging means comprising an objective lens;
A stage on which a preparation including a cover glass, an encapsulating layer, and a slide glass can be mounted;
Measuring means for measuring a first thickness and a first refractive index of the cover glass, and a second thickness and a second refractive index of the encapsulating layer;
And a control unit that determines a distance between the objective lens and the preparation based on data measured by the measurement unit.
前記撮像手段は、前記制御手段により決定された前記距離を小さくしながら複数の画像を取得することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 1, wherein the imaging unit acquires a plurality of images while reducing the distance determined by the control unit.
前記測定手段は、前記撮像手段により前記複数の画像が取得されている間、別のプレパラートの測定を行うことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡システム。 Further comprising transport means for transporting the preparation from the measuring means to the imaging means;
The microscope system according to claim 2, wherein the measuring unit measures another preparation while the plurality of images are acquired by the imaging unit.
前記制御手段は、前記第１の距離、前記第１の厚さ、前記第２の厚さ、前記第１の屈折率、および、前記第２の屈折率に基づいて、前記対物レンズと前記カバーガラスとの間の第２の距離を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。 The measurement means measures a first distance between the objective lens and the slide glass in a state where the cover glass and the encapsulation layer are not provided on the slide glass,
The control means includes the objective lens and the cover based on the first distance, the first thickness, the second thickness, the first refractive index, and the second refractive index. The microscope system according to any one of claims 1 to 4, wherein a second distance between the glass and the glass is determined.
前記制御手段は、
を満たすように、前記第２の距離Ｗ’（ｘ，ｙ）を決定することを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡システム。 The first distance is W, the second distance is W ′ (x, y), the first thickness is d 1 (x, y), and the second thickness is d 2 (x, y). ), When the first refractive index is n 1 , the second refractive index is n 2 , and the coordinates are (x, y),
The control means includes
The microscope system according to claim 5, wherein the second distance W ′ (x, y) is determined so as to satisfy the following condition.
前記制御手段は、前記第１の距離、前記第１の厚さ、前記第２の厚さ、前記第１の屈折率、および、前記第２の屈折率に基づいて、前記対物レンズと前記スライドガラスとの間の第３の距離を決定することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の顕微鏡システム。
The measurement means measures a first distance between the objective lens and the slide glass in a state where the cover glass and the encapsulation layer are not provided on the slide glass,
The control means includes the objective lens and the slide based on the first distance, the first thickness, the second thickness, the first refractive index, and the second refractive index. The microscope system according to any one of claims 1 to 4, wherein a third distance between the glass and the glass is determined.
前記制御手段は、
を満たすように、前記第３の距離Ｗ’’（ｘ，ｙ）を決定することを特徴とする請求項７に記載の顕微鏡システム。 The first distance is W, the third distance is W ″ (x, y), the first thickness is d 1 (x, y), and the second thickness is d 2 (x, y). y) When the first refractive index is n 1 , the second refractive index is n 2 , and the coordinates are (x, y),
The control means includes
The microscope system according to claim 7, wherein the third distance W ″ (x, y) is determined so as to satisfy the following condition.
前記測定ステップにて測定されたデータに基づいて対物レンズと前記プレパラートとの間の距離を決定する制御ステップと、をコンピュータに実行させるように構成されていることを特徴とするプログラム。 A measurement step of measuring a first thickness and a first refractive index of the cover glass constituting the preparation, and a second thickness and a second refractive index of the encapsulating layer constituting the preparation;
A program configured to cause a computer to execute a control step of determining a distance between the objective lens and the preparation based on data measured in the measurement step.
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