JP2017044752A - 顕微鏡システム、制御方法、プログラム、貼り合わせ画像生成方法 - Google Patents

Abstract

【課題】試料を効率良く走査するためのＺ方向の走査範囲を短時間で設定する技術を提供する。【解決手段】共焦点顕微鏡システム１は、撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する顕微鏡システムである。共焦点顕微鏡システム１は、対物レンズ１０５と、対物レンズ１０５により試料１０６に照射される光で試料１０６を走査する走査手段（二次元走査部１０３、レボルバ１１１）と、走査手段を制御する制御装置１２０を備える。制御装置１２０は、三次元画像を撮像領域毎に取得するための本走査処理における光の走査間隔より、本走査処理における対物レンズ１０５の光軸方向の走査範囲を撮像領域毎に設定するためのプレ走査処理における光の走査間隔が長くなるように、走査手段を制御する。【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡システム、顕微鏡システムの制御方法、プログラム、貼り合わせ画像生成方法に関する。

試料の異なる領域を撮像した複数の画像を貼り合わせることにより、解像力を低下させることなく広い視野の画像を生成する技術が知られている。この技術を、対物レンズの光軸方向（以降、高さ方向またはＺ方向と記す）に高い解像力を有し三次元画像を生成することができる共焦点顕微鏡システムに適用することで、三次元画像を貼り合わせた画像（以降、三次元貼り合わせ画像）を得ることができる。

ところで、共焦点顕微鏡システムを用いた三次元画像の生成は、対物レンズの焦点面をＺ方向に変化させることで、対物レンズの光軸と直交するＸＹ方向へレーザ光を走査することにより得られる共焦点画像を複数取得することにより行われる。このため、複数の三次元画像を貼り合わせた三次元貼り合わせ画像の生成には比較的長い時間を要するという点が技術的な課題として認識されている。

このような技術的な課題に関連して、特許文献１には、三次元画像を貼り合わせて三次元貼り合わせ画像を構築する際に、三次元画像の撮像領域毎に、Ｚ方向の走査範囲を設定する技術が記載されている。この技術によれば、撮像領域全体に対して一律にＺ方向の走査範囲を設定する場合に比べて、三次元画像の撮像領域毎にＺ方向の走査範囲を狭く設定することができる。

特開２０１３−０２９５５１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、撮像領域毎に行われるＺ方向の走査範囲を設定する処理に時間がかかってしまう。このため、三次元貼り合わせ画像の生成に要する時間が十分に短縮されない。

以上のような実情を踏まえ、本発明は、試料を効率良く走査するためのＺ方向の走査範囲を短時間で設定する技術を提供することを目的とする。

本発明の一態様は、撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する顕微鏡システムであって、対物レンズと、前記対物レンズにより試料に照射される光で前記試料を走査する走査手段と、三次元画像を撮像領域毎に取得するための第２走査処理における光の走査間隔より、前記第２走査処理における前記対物レンズの光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定するための第１走査処理における光の走査間隔が長くなるように、前記走査手段を制御する走査制御手段と、を備える顕微鏡システムを提供する。

本発明の別の態様は、撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する、対物レンズと走査手段を備える顕微鏡システムの前記走査手段を、三次元画像を撮像領域毎に取得するための第２走査処理における光の走査間隔より、前記第２走査処理における前記対物レンズの光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定するための第１走査処理における光の走査間隔が長くなるように、制御する制御方法を提供する。

本発明の更に別の態様は、撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する、対物レンズと走査手段を備える顕微鏡システムのコンピュータに、三次元画像を撮像領域毎に取得するための第２走査処理における光の走査間隔より、前記第２走査処理における前記対物レンズの光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定するための第１走査処理における光の走査間隔が長くなるように、前記走査手段を制御する処理を実行させるプログラムを提供する。

本発明の更に別の態様は、撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて、貼り合わせ画像を生成する方法であって、対物レンズの光軸方向の所定範囲を撮像領域毎に走査する第１走査処理を行い、三次元画像を取得すべき前記光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定し、前記撮像領域毎に設定した走査範囲を走査する第２走査処理を行い、前記撮像領域毎に三次元画像を取得し、取得した複数の三次元画像を貼り合わせて、三次元貼り合わせ画像を生成し、前記第１走査処理における光の走査間隔は、前記第２走査処理における光の走査間隔よりも長い方法を提供する。

本発明によれば、試料を効率良く走査するためのＺ方向の走査範囲を短時間で設定することができる。

一実施形態に係る共焦点顕微鏡システム１の構成を示した図である。 一実施形態に係る制御装置１２０の構成の一例を示した図である。 三次元貼り合わせ画像生成処理のフローチャートである。 プレ走査処理のフローチャートである。 表示装置１３０に表示されるＧＵＩ画面の一例を示した図である。 本走査で走査される走査範囲の表示例である。 本走査で走査される、変更後の走査範囲の表示例である。 別の三次元貼り合わせ画像生成処理のフローチャートである。 本走査で走査される走査範囲の別の表示例である。

図１は、本発明の一実施形態に係る共焦点顕微鏡システム１の構成を示す図である。共焦点顕微鏡システム１は、撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて三次元貼り合わせ画像を生成する装置である。なお、以降では、三次元貼り合わせ画像を構成する三次元画像各々の撮像領域を単位撮像領域と記す。また、単位領域の集合である三次元貼り合わせ画像の撮像領域を貼り合わせ領域と記す。

共焦点顕微鏡システム１は、図１に示すように、共焦点顕微鏡本体１００、共焦点顕微鏡本体１００を制御する制御装置１２０、及び、表示装置１３０を備えている。

共焦点顕微鏡本体１００は、レーザ光源１０１、偏光ビームスプリッタ（以降、ＰＢＳと記す）１０２、試料１０６を走査する走査手段である二次元走査部１０３、１／４λ板１０４、試料１０６に光を照射する対物レンズ１０５、結像レンズ１０７、ピンホール板１０８、光検出器１０９、ＡＤ変換器１１０、レボルバ１１１、Ｘ−Ｙステージ１１４、白色光源１１５、結像レンズ１１６、及び、カメラ１１７を備えている。

レボルバ１１１は、対物レンズ１０５を切り替える手段であるとともに、対物レンズ１０５と試料１０６との間の相対距離を変更する手段でもある。即ち、共焦点顕微鏡システム１では、レボルバ１１１は、試料１０６を対物レンズ１０５の光軸方向に走査する走査手段であり、二次元走査部１０３は、試料１０６を光軸と直交する方向に走査する走査手段である。また、Ｘ−Ｙステージ１１４は、試料１０６を対物レンズ１０５に対して対物レンズ１０５の光軸と直交する方向に移動させる手段である。

レーザ光源１０１から出射したレーザ光は、ＰＢＳ１０２を透過した後、二次元走査部１０３に入射する。二次元走査部１０３は、例えば、ガルバノミラーであり、レゾナントスキャナである。二次元走査部１０３で偏向されたレーザ光は、１／４λ板１０４で直線偏光から円偏光に変換された後に、レボルバ１１１に装着されている対物レンズ１０５を経由して試料１０６へ照射される。

共焦点顕微鏡本体１００では、二次元走査部１０３は対物レンズ１０５の瞳位置と光学的に共役な位置又はその近傍に配置されている。このため、二次元走査部１０３がレーザ光を偏向させることで、レーザ光の集光位置が対物レンズ１０５の焦点面上を、対物レンズの光軸と直交するＸＹ方向に移動し、これによって、試料１０６がレーザ光で二次元に走査される。

ここで、二次元走査部１０３による二次元走査（ＸＹ走査）と、対物レンズ１０５の光軸方向（Ｚ方向）へのレボルバ１１１の駆動（Ｚ走査）は、制御装置１２０によって制御される。即ち、制御装置１２０は、走査手段を制御する走査制御手段である。なお、二次元走査部１０３による二次元走査の手法としては、例えば、共焦点顕微鏡で一般的に使用されている、ラスタスキャンが採用される。また、レボルバ１１１の回転駆動により共焦点顕微鏡本体１００の光路上に配置される対物レンズ１０５の切替と、対物レンズ１０５の光軸と直交する方向（ＸＹ方向）へのＸ−Ｙステージ１１４の駆動も、制御装置１２０によって制御される。

試料１０６の表面で反射したレーザ光（以降、反射光と記す）は、対物レンズ１０５を経由して入射する１／４λ板１０４で円偏光から直線偏光に変換された後に、二次元走査部１０３を経由してＰＢＳ１０２に入射する。このとき、ＰＢＳ１０２に入射する反射光は、レーザ光源１０１側からＰＢＳ１０２に入射するレーザ光の偏光面とは直交する偏光面を有しているため、ＰＢＳ１０２で反射して、結像レンズ１０７に導かれる。

結像レンズ１０７は、ＰＢＳ１０２で反射した反射光を集光させる。ＰＢＳ１０２からの反射光路上に設けられたピンホール板１０８には、対物レンズ１０５の焦点面に形成されるレーザ光の集光位置と光学的に共役な位置にピンホールが形成されている。このため、試料１０６表面のある部位が対物レンズ１０５によるレーザ光の集光位置にある場合には、この部位からの反射光は、ピンホールに集光されて当該ピンホールを通過する。その一方、試料１０６表面のある部位が対物レンズ１０５によるレーザ光の集光位置からずれている場合には、この部位からの反射光は、ピンホールに集光しないので、ピンホールを通過せず、ピンホール板１０８によって遮断される。

ピンホールを通過した光は、光検出器１０９で検出される。光検出器１０９は、例えば、光電子増倍管（ＰＭＴ）である。光検出器１０９は、このピンホールを通過した光、すなわち、試料１０６の表面のうち対物レンズ１０５によるレーザ光の集光位置に位置する部位のみからの反射光を受光し、その受光光量に応じた大きさの検出信号を、当該部位の輝度を示す輝度信号として出力する。アナログ信号であるこの輝度信号は、ＡＤ変換器１１０でアナログ−デジタル変換された上で、当該部位の輝度を示す輝度値情報として制御装置１２０に入力される。制御装置１２０は、この輝度値情報と、二次元走査部１０３からの情報とに基づき、試料１０６の共焦点画像を生成する。

一方、白色光源１１５から出射した光（白色光）は、レボルバ１１１に装着されている対物レンズ１０５の瞳位置に集光して、その後、試料１０６に照射される。これにより、ケーラー照明により試料１０６が照明される。試料１０６表面で反射した反射光は、結像レンズ１１６へ入射し、結像レンズ１１６は、この反射光をＣＣＤ（結合素子）カメラ１１７の受光面に集光する。

カメラ１１７は、対物レンズ１０５の焦点面と光学的に共役な位置に受光面を有するカメラであり、例えば、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサを有するＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳ（Complementary MOS）イメージセンサを有するＣＭＯＳカメラである。カメラ１１７は受光面に集光された反射光により試料１０６を撮像して、試料１０６の非共焦点画像を生成する。生成された非共焦点画像は制御装置１２０に送られる。

また、この共焦点顕微鏡システム１は、以下に説明するようにして、試料１０６の三次元画像を生成することができる。
まず、制御装置１２０が、レボルバ１１１を対物レンズ１０５の光軸方向（Ｚ方向）に駆動させる制御を行って試料１０６と対物レンズ１０５との相対距離を変更する。そして、相対距離が所定値だけ変化する毎に、二次元走査部１０３で試料１０６を走査して共焦点画像を生成する。このようにして生成された複数の共焦点画像における同一位置の画素（Ｚ方向に直交する平面上のおいて同一位置の画素）の輝度値を比較する。そして、画素毎に、最大の輝度値と、その最大の輝度値を有する共焦点画像を取得したときのレボルバ１１１のＺ方向の位置情報（高さ情報）とを検出して保存する。その後、この保存された輝度値と高さ情報とを用いて、試料１０６の三次元画像を生成する。

ここで、三次元画像とは、例えば、高さ画像、エクステンドフォーカス画像である。高さ画像は、試料１０６の表面形状を表す高さ画像であり、各画素の高さ情報に基づいて生成される。また、エクステンドフォーカス画像は、試料１０６の表面全体にピントが合った画像であり、各画素の最大の輝度値に基づいて生成される。

さらに、この共焦点顕微鏡は、以下に説明するようにして、試料１０６の異なる複数の単位撮像領域に対して生成された複数の三次元画像を貼り合わせて、三次元貼り合わせ画像を生成することができる。

まず、制御装置１２０が、複数の単位撮像領域の三次元画像を生成するためにＸ−Ｙステージ１１４を移動させる際に、隣接する単位撮像領域が一定量以上重複するように、Ｘ−Ｙステージ１１４を移動させる。そして、隣接する単位撮像領域について生成された三次元画像の相対位置関係をパターンマッチングにより判断する。その後、得られた相対位置関係を用いて三次元画像を貼り合わせることで、三次元貼り合わせ画像を生成する。

以上のように、共焦点顕微鏡システム１では、制御装置１２０が共焦点顕微鏡本体１００を制御することで、共焦点画像、三次元画像、三次元貼り合わせ画像、及び、非共焦点画像が生成される。

図２は、本発明の一実施形態に係る制御装置１２０の構成の一例を示した図である。制御装置１２０は、共焦点顕微鏡本体１００を制御する装置であり、例えば、制御プログラムを実行するコンピュータである。制御装置１２０は、図２に示すように、ＣＰＵ１２１、メモリ１２２、入出力インタフェース（Ｉ／Ｆ）１２３、記憶装置１２４、可搬記録媒体１２６を収容する可搬記録媒体駆動装置１２５を備えていて、それらがバス１２７で接続されることにより各種データが各要素間で授受可能となっている。そして、ＣＰＵ１２１が記憶装置１２４または可搬記録媒体１２６に記憶された制御プログラムをメモリ１２２にロードして実行することで、制御装置１４０により共焦点顕微鏡本体１００の動作が制御される。

メモリ１２２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）である。入出力Ｉ／Ｆ１２３は、例えば、共焦点顕微鏡本体１００、表示装置１３０、入力装置１４０などの装置との間でデータを授受するための装置である。記憶装置１２４は、制御プログラムや制御プログラムの実行に必要な情報を不揮発的に記憶するものであり、例えば、ハードディスク装置である。可搬記録媒体駆動装置１２５は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）などの可搬記録媒体１２６を収容するものであり、可搬記録媒体１２６は、記憶装置１２４と同様に、制御プログラムや制御プログラムの実行に必要な情報を不揮発的に記憶するものである。

表示装置１３０は、例えば、液晶ディスプレイ、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）ディスプレイ、プラズマディスプレイ、有機ＥＬディスプレイである。入力装置１４０は、例えば、マウスやキーボードなどである。表示装置１３０及び入力装置１４０は、タッチパネルディスプレイ装置として一体に構成されてもよい。

図３は、共焦点顕微鏡システム１によって行われる三次元貼り合わせ画像生成処理のフローチャートである。図４は、共焦点顕微鏡システム１によって行われるプレ走査処理のフローチャートである。図５は、表示装置１３０に表示されるＧＵＩ画面の一例を示した図である。図６Ａ及び図６Ｂは、本走査で走査される走査範囲の表示例であり、図６Ａは変更前の走査範囲を、図６Ｂは変更後の走査範囲を示している。以下、図３から図６Ｂを参照しながら、三次元貼り合わせ画像生成処理の手順について説明する。

まず、共焦点顕微鏡システム１は、撮像領域（貼り合わせ領域及び単位撮像領域）を設定する（ステップＳ１）。ここでは、表示装置１３０に表示されるＧＵＩ画面２００を利用して、利用者が撮像領域を指定する。

具体的には、利用者は、まず、対物レンズ設定領域２２０に設けられたボタンを押下して、使用する対物レンズの倍率を選択する。次に、利用者は、ＸＹ走査範囲設定領域２３０を利用して撮像領域を指定する。撮影領域を指定する操作は、貼り合わせ領域のみを指定する操作であってもよく、その場合、制御装置１２０が貼り合わせ領域を視野の大きさで分割して、複数の単位撮影領域を設定する。利用者が撮像領域を指定すると、画像表示領域２１０に指定された撮像領域が表示される。制御装置１２０は、利用者による指定に従って撮像領域を設定する。なお、図５には、計１５枚（＝３×５）の単位撮像領域からなる貼り合わせ領域が設定された様子が示されている。

次に、共焦点顕微鏡システム１は、プレ走査処理での走査範囲を設定する（ステップＳ２）。なお、本明細書では、三次元画像を単位撮像領域毎に取得するための走査を本走査（第２走査処理ともいう）と記し、本走査における光軸方向の走査範囲を単位撮像領域毎に設定するための走査をプレ走査（第１走査処理ともいう）と記す。ここでは、表示装置１３０に表示されるＺ走査範囲設定領域２４０を利用して、プレ走査の光軸方向の走査範囲（以降、プレ走査範囲と記す）が設定される。

具体的には、利用者は、まず、入力装置１４０を利用して、プレ走査範囲の幅を指定する。利用者は、予め決められた幅（例えば、１μｍ、１０μｍ、１００μｍ）から選択してもよく、または、上限位置と下限位置を入力することで任意の幅を指定してもよい。即ち、共焦点顕微鏡システム１では、入力装置１４０は、プレ走査範囲の幅を入力する入力手段である。その後、利用者は、プレ走査範囲の基準位置を決定する。利用者は、例えば、視野を貼り合わせ領域内に設定した状態で、表示装置１３０に表示される非共焦点画像を見ながら、レボルバ１１１をＺ方向に移動させることで、基準位置を決定してもよい。なお、基準位置は、制御装置１２０が決定してもよい。例えば、制御装置１２０が、任意の単位撮像領域に視野を合わせた状態でオートフォーカス処理を実行し、その結果得られたフォーカス位置を基準位置に決定してもよい。制御装置１２０は、指定された幅と決定された基準位置とに基づいてプレ走査範囲を決定し、決定したプレ走査範囲を設定する。共焦点顕微鏡システム１では、プレ走査範囲は、単位撮像領域毎ではなく、貼り合わせ領域に対して一律に設定される。

プレ走査範囲が設定され、利用者がＧＵＩ画面２００のボタン２５０を押下すると、共焦点顕微鏡システム１は、視野を最初の単位撮像領域に移動し（ステップＳ３）、プレ走査処理を実行する（ステップＳ４）。ここでは、制御装置１２０は、Ｘ−Ｙステージ１１４を制御することで視野を最初の単位撮像領域に移動し、その後、図４に示すプレ走査処理を開始する。

プレ走査処理では、共焦点顕微鏡システム１は、まず、プレ走査における光の走査間隔を設定する（ステップＳ２１）。ここでは、制御装置１２０は、プレ走査における光の走査間隔が後述する本走査における光の走査間隔よりも長くなるように設定する。具体的には、光軸と直交する方向の走査間隔が長くなるように、つまり、ラスタスキャンの走査線の間隔が長くなるように設定してもよい。また、光軸方向の走査間隔が長くなるように、つまり、Ｚ方向へのスキャンのピッチが長くなるように設定してもよい。

その後、共焦点顕微鏡システム１は、ステップＳ２で設定されたプレ走査範囲を走査する（ステップＳ２２）。ここでは、制御装置１２０が、本走査における光の走査間隔よりも光の走査間隔が長くなるように二次元走査部１０３及びレボルバ１１１を制御して、プレ走査範囲を走査する。

プレ走査が終了すると、共焦点顕微鏡システム１は、現在の単位撮像領域の高さプロファイルを作成し（ステップＳ２３）、単位撮像領域の高さがプレ走査範囲内か否かを判定する（ステップＳ２４）。ここでは、制御装置１２０が、プレ走査により得られたデータに基づいて各画素が最大輝度値を示す高さ情報を抽出することで、高さプロファイルを作成し、その高さプロファイルに基づいて、プレ走査範囲内か否かを判定する。具体的には、単位撮像領域内にプレ走査範囲の上限位置又は下限位置の高さが存在するかどうかを判定し、存在する場合には、プレ走査範囲内ではないと判定する。なお、判定処理の方法は、上記の方法に限定されない。例えば、高さプロファイルの代わりに、プレ走査により得られた他のデータに基づいて判定処理が行われてもよい。

共焦点顕微鏡システム１は、単位撮像領域の高さがプレ走査範囲内であれば、プレ走査処理を終了し、プレ走査範囲内でなければ、プレ走査範囲を再設定し（ステップＳ２５）、ステップＳ２２からステップＳ２４の処理を繰り返す。なお、ステップＳ２５では、制御装置１２０は、ステップＳ２４で単位撮像領域内に上限位置の高さが存在すると判定した場合には、プレ走査範囲の上限位置を共焦点顕微鏡システム１が設定可能な最も高い位置に再設定する。また、制御装置１２０は、単位撮像領域内に下限位置の高さが存在すると判定した場合には、プレ走査範囲の下限位置を共焦点顕微鏡システム１が設定可能な最も低い位置に再設定する。即ち、共焦点顕微鏡システム１では、制御装置１２０は、プレ走査の結果に基づいて、プレ走査範囲を再設定する再設定手段である。

プレ走査処理が終了すると、共焦点顕微鏡システム１は、本走査の走査範囲を設定する（ステップＳ５）。ここでは、制御装置１２０は、プレ走査処理のステップＳ２３で作成した高さプロファイルに基づいて、本走査の光軸方向の走査範囲（以降、本走査範囲と記す）を設定する。例えば、高さプロファイルから算出される現在の単位撮像領域の最大高さよりも所定高さだけ高い位置から、最小高さより所定の高さだけ低い位置までを本走査範囲を設定する。

次に、共焦点顕微鏡システム１は、本走査範囲を表示する（ステップＳ６）。ここでは、表示装置１３０が、制御装置１２０からの信号に従って、例えば、図６Ａに示すように、ステップＳ２３で作成した高さプロファイルとステップＳ５で設定した本走査範囲の情報を表示する。図６Ａでは、線Ｌが高さプロファイルを、網掛け部分が本走査範囲の情報を、表わしている。利用者は、表示装置１３０で確認した本走査範囲を、入力装置１４０を用いて変更することができる。

共焦点顕微鏡システム１は、本走査範囲の変更指示の有無を判定する（ステップＳ７）。利用者が入力装置１４０を用いて本走査範囲の変更を指示すると、制御装置１２０は、ステップＳ５に戻り、本走査範囲を利用者の指示に従って再設定する。即ち、共焦点顕微鏡システム１では、制御装置１２０は、プレ走査処理の結果に基づいて設定された本走査範囲を変更する変更手段である。図６Ｂには、ステップＳ２３で作成した高さプロファイルと変更後の本走査範囲が示されている。

本走査範囲が確定すると、共焦点顕微鏡システム１は、本走査処理を実行する（ステップＳ８）。ここでは、まず、制御装置１２０は、本走査における光の走査間隔を設定する。なお、本走査における光の走査間隔は、上述したように、プレ走査における光の走査間隔よりも短い。その後、制御装置１２０は、設定に従ってプレ走査における光の走査間隔よりも光の走査間隔が短くなるように二次元走査部１０３及びレボルバ１１１を制御して、ステップＳ５で設定された本走査範囲を走査する。これにより、現在の単位撮像領域を撮像した複数の共焦点画像が生成される。

本走査処理が終了すると、共焦点顕微鏡システム１は、ステップＳ８で生成された複数の共焦点画像に基づいて三次元画像を生成する（ステップＳ９）。その後、全ての単位撮像領域で三次元画像を生成済みか否かを判定する（ステップＳ１０）。共焦点顕微鏡システム１は、三次元画像を生成していない単位撮像領域が存在する場合には、視野を次の単位撮像領域に移動し（ステップＳ１１）、ステップＳ４からステップＳ１０の処理を繰り返す。

全ての単位撮像領域で三次元画像が生成されると、共焦点顕微鏡システム１は、三次元貼り合わせ画像を生成し（ステップＳ１２）、三次元貼り合わせ画像生成処理を終了する。ここでは、制御装置１２０が、ステップＳ９で生成された複数の三次元画像を貼り合わせて三次元貼り合わせ画像を生成する。

以上のように、共焦点顕微鏡システム１では、本走査範囲を設定するためのプレ走査では、本走査での光の走査間隔に比べて長い光の走査間隔で走査処理が行われる。これにより、プレ走査に要する時間を短縮することが可能である。このため、本走査範囲を短時間で設定することができる。従って、共焦点顕微鏡システム１によれば、単位撮像領域毎に本走査範囲を短時間で設定することで、無駄な領域を走査することなく試料１０６を効率良く短時間で走査することが可能であり、三次元貼り合わせ画像を短時間で生成することができる。

また、共焦点顕微鏡システム１では、利用者の入力により設定されたプレ走査範囲に試料が収まっていない場合には、プレ走査範囲が自動的に拡張される。このため、走査範囲が狭すぎて画像の取得漏れが生じてしまうような事態を未然に防止することができる。

さらに、共焦点顕微鏡システム１では、プレ走査の結果に基づいて自動的に設定された本走査範囲を利用者が変更することができる。このため、利用者は、高さプロファイルと本走査範囲を比較した上で、例えば、比較的高さの変化の少ない単位撮像領域では、高さプロファイルから算出される単位撮像領域の高さ範囲とほぼ同じ範囲を本走査範囲に設定し直す等の、変更を行ってもよい。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。顕微鏡システム、制御方法、プログラム、貼り合わせ画像生成方法は、特許請求の範囲に記載した本発明の範囲内で、さまざまな変形、変更が可能である。

図３では、プレ走査処理と本走査処理の両方の終了後に視野を他の単位撮像領域へ移動させる例を示したが、図７に示すように、全ての単位撮像領域でプレ走査処理を行った後に、全ての単位撮像領域で本走査処理を行ってもよい。図７に示す三次元貼り合わせ画像生成処理では、ステップＳ３８において、図８に示すように複数の単位撮像領域の高さプロファイル（線Ｌ１）と本走査範囲の情報を同時に表示することができる。これにより、本走査範囲の変更作業を複数の単位撮像領域に対して一度に行うことが可能となるため、作業効率がよい。

共焦点顕微鏡システム１では、光検出器１０９が反射光を検出する例を示したが、検出する光は特に限定されない。例えば、透過光、蛍光であってもよい。また、オートフォーカス処理を実行するために、共焦点顕微鏡システム１は、専用のＡＦユニットを備えてもよい。

１ 共焦点顕微鏡システム
１００ 共焦点顕微鏡本体
１０１ レーザ光源
１０２ ＰＢＳ
１０３ 二次元走査部
１０４ １／４λ板
１０５ 対物レンズ
１０６ 試料
１０７ 結像レンズ
１０８ ピンホール板
１０９ 光検出器
１１０ ＡＤ変換器
１１１ レボルバ
１１４ Ｘ−Ｙステージ
１１５ 白色光源
１１６ 結像レンズ
１１７ ＣＣＤカメラ
１２０ 制御装置
１２１ ＣＰＵ
１２２ メモリ
１２３ 入出力Ｉ／Ｆ
１２４ 記憶装置
１２５ 可搬記録媒体駆動装置
１２６ 可搬記憶媒体
１２７ バス
１３０ 表示装置
１４０ 入力装置
２００ ＧＵＩ画面
２１０ 画像表示領域
２５０ ボタン
２２０ 対物レンズ設定領域
２３０ ＸＹ走査範囲設定領域
２４０ Ｚ走査範囲設定領域

Claims (11)

1. 撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する顕微鏡システムであって、
   対物レンズと、
   前記対物レンズにより試料に照射される光で前記試料を走査する走査手段と、
   三次元画像を撮像領域毎に取得するための第２走査処理における光の走査間隔より、前記第２走査処理における前記対物レンズの光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定するための第１走査処理における光の走査間隔が長くなるように、前記走査手段を制御する走査制御手段と、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、
   前記走査制御手段は、前記第１走査処理における前記対物レンズの光軸と直交する方向の走査間隔が、前記第２走査処理における前記光軸と直交する方向の走査間隔よりも長くなるように、前記走査手段を制御する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
3. 請求項１または請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記走査制御手段は、前記第１走査処理における前記光軸方向の走査間隔が、前記第２走査処理における前記光軸方向の走査間隔よりも長くなるように、前記走査手段を制御する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
   前記第１走査処理における前記光軸方向の走査範囲の幅を入力する入力手段を備える
   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、
   前記走査制御手段は、任意の撮像領域で行われたオートフォーカス処理により決定したフォーカス位置と前記入力手段によって入力された前記幅とに基づいて決定された走査範囲が前記第１走査処理で走査されるように、前記走査手段を制御する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
6. 請求項４または請求項５に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
   前記第１走査処理の結果に基づいて、前記第１の走査処理における前記光軸方向の走査範囲を再設定する再設定手段を備える
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
7. 請求項１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、さらに、
   前記第１走査処理の結果に基づいて設定された前記第２走査処理における前記光軸方向の走査範囲を変更する変更手段を備え、
   前記走査制御手段は、前記変更手段で変更された変更後の走査範囲が前記第２走査処理で走査されるように、前記走査手段を制御する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
8. 請求項７に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
   前記第１走査処理の結果に基づいて設定された前記光軸方向の走査範囲の情報と、前記第１走査処理で作成された撮像領域の高さプロファイルと、を表示する表示手段を備える
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
9. 撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する、対物レンズと走査手段を備える顕微鏡システムの前記走査手段を、
   三次元画像を撮像領域毎に取得するための第２走査処理における光の走査間隔より、前記第２走査処理における前記対物レンズの光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定するための第１走査処理における光の走査間隔が長くなるように、制御する
   ことを特徴とする制御方法。
10. 撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて貼り合わせ画像を生成する、対物レンズと走査手段を備える顕微鏡システムのコンピュータに、
    三次元画像を撮像領域毎に取得するための第２走査処理における光の走査間隔より、前記第２走査処理における前記対物レンズの光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定するための第１走査処理における光の走査間隔が長くなるように、前記走査手段を制御する
    処理を実行させることを特徴とするプログラム。
11. 撮像領域が互いに異なる複数の三次元画像を貼り合わせて、貼り合わせ画像を生成する方法であって、
    対物レンズの光軸方向の所定範囲を撮像領域毎に走査する第１走査処理を行い、三次元画像を取得すべき前記光軸方向の走査範囲を前記撮像領域毎に設定し、
    前記撮像領域毎に設定した走査範囲を走査する第２走査処理を行い、前記撮像領域毎に三次元画像を取得し、
    取得した複数の三次元画像を貼り合わせて、三次元貼り合わせ画像を生成し、
    前記第１走査処理における光の走査間隔は、前記第２走査処理における光の走査間隔よりも長い
    ことを特徴とする方法。

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