JP2017102381A - 顕微鏡システム - Google Patents

Abstract

【課題】目的に応じた３Ｄ画像データを取得する。
【解決手段】光路上に挿入された標本Ｓの像を結像する開口数可変の顕微鏡２と、標本Ｓを撮像し、画像データに変換する撮像素子１９と、３Ｄ画像データの取得目的を入力する目的入力部７と、顕微鏡２の開口数および撮像素子１９のサンプリングピッチを認識する認識部２３と、認識部２３により認識した顕微鏡２の開口数および撮像素子１９のサンプリングピッチから、顕微鏡分解能の値および撮像素子分解能の値を算出する分解能算出部２４と、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように、目的入力部７により入力された３Ｄ画像データの取得目的に応じて、顕微鏡２の開口数および撮像素子１９のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御する分解能制御部２６，２７とを備える顕微鏡システム１を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡システムに関するものである。

従来、凹凸のある標本を観察する方法として、観察対象の全焦点画像、３次元形状データ、および３次元画像（以下、総称して３Ｄ画像データという。）を得ることのできる装置が提案されている（例えば、特許文献１から特許文献３参照。）。

特開２００１−２０８９７４号公報 米国特許第９０７７９０１号明細書 特開２０１０−１１７２２９号公報

しかしながら、特許文献１に記載の方法では、焦点深度の深さが標本高さとなるように光学系の開口を絞るため、解像度が著しく低下する場合がある。
特許文献２に記載の方法では、異なる焦点距離のマイクロレンズアレイが配置された撮像素子を用いているので、特殊なマイクロレンズが必要となりシステムが複雑である。
さらに、特許文献３に記載の方法では、３Ｄ画像データを得るために、対物レンズの焦点位置を標本の高さ方向へ所定距離ずつ移動させて複数の画像データを取得しており、画像データの取得枚数が増えると、その取得時間および３D画像データの処理時間が増大するという不都合がある。

本発明は上記の事情に鑑みてなされたものであって、目的に応じた３Ｄ画像データを取得することができる顕微鏡システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、光路上に挿入された標本の像を結像する開口数可変の顕微鏡と、前記標本を撮像し、画像データに変換する撮像素子と、３Ｄ画像データの取得目的を入力する目的入力部と、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチを認識する認識部と、前記認識部により認識した前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチから、顕微鏡分解能の値および撮像素子分解能の値を算出する分解能算出部と、該分解能算出部により算出された前記顕微鏡分解能の値と前記撮像素子分解能の値とが等しくなるように、前記目的入力部により入力された３Ｄ画像データの前記取得目的に応じて、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御する分解能制御部とを備える顕微鏡システムを提供する。

本態様によれば、標本を顕微鏡の光路上に配置すると、顕微鏡によって標本の像が結像され撮像素子によって撮像されることにより画像データが取得される。一方、認識部により顕微鏡の開口数および撮像素子のサンプリングピッチが認識され、認識された開口数およびサンプリングピッチに基づいて分解能算出部により顕微鏡分解能の値および撮像素子分解能の値が算出される。

目的入力部により、３Ｄ画像データの取得目的が入力されると、分解能制御部が、入力された取得目的に応じて、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように、顕微鏡の開口数および撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方が制御される。これにより、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが揃えられるので、取得目的を達成するための無駄の少ない顕微鏡システムに設定することができる。

上記態様においては、前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高速に取得することである場合に、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より小さい場合には、前記顕微鏡の開口数を小さくするように制御し、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より大きい場合には、前記撮像素子のサンプリングピッチを大きくするように制御してもよい。

このようにすることで、顕微鏡分解能の値が撮像素子分解能の値より小さい場合には、顕微鏡の開口数を制御して焦点深度を大きくして、顕微鏡分解能を低くすることにより、低い方の撮像素子分解能によって規定される分解能の３Ｄ画像データを得ることができるとともに、顕微鏡の開口数を小さくした分だけ、焦点深度方向の画像の取得枚数を減らして高速取得の目的を達成することができる。

一方、顕微鏡分解能の値が撮像素子分解能の値より大きい場合には、撮像素子のサンプリングピッチを制御してフレームレートを上げることにより、低い方の顕微鏡分解能によって規定される分解能の３Ｄ画像データを得ることができるとともに、サンプリングピッチを大きくした分だけ、焦点深度に直交する方向のサンプリング数を減らして高速取得の目的を達成することができる。

また、上記態様においては、前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高精度に取得することである場合に、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より小さい場合には、前記撮像素子のサンプリングピッチを小さくするように制御し、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より大きい場合には、前記顕微鏡の開口数を大きくするように制御してもよい。

このようにすることで、顕微鏡分解能の値が撮像素子分解能の値より小さい場合には、撮像素子のサンプリングピッチを小さくすることにより、高い方の顕微鏡分解能によって規定される分解能の３Ｄ画像データを得ることができるとともに、サンプリングピッチを小さくした分だけ、焦点深度に直交する方向のサンプリング数を増やして高解像度取得の目的を達成することができる。

一方、顕微鏡分解能の値が撮像素子分解能の値より大きい場合には、顕微鏡の開口数を制御して焦点深度を小さくして、顕微鏡分解能を高くすることにより、高い方の撮像素子分解能によって規定される分解能の３Ｄ画像データを得ることができるとともに、顕微鏡の開口数を大きくした分だけ、焦点深度方向の画像の取得枚数を増やして、高解像度取得の目的を達成することができる。

また、上記態様においては、前記画像データに対して空間周波数の解析を行う空間周波数算出部を備え、前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高速に取得することである場合に、前記空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も大きい値に合わせるように、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御してもよい。

このようにすることで、取得目的が３Ｄ画像データを高速に取得することである場合には、空間周波数算出部により算出された画像データの空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も大きい値に合わせるように、顕微鏡の開口数を小さくする制御および撮像素子のサンプリングピッチを大きくする制御の少なくとも一方の制御を行うことで、顕微鏡分解能および撮像素子分解能を低くする。これにより、最も低い分解能によって規定される３Ｄ画像データを得ることができるとともに、顕微鏡の開口数を小さくした分だけ、焦点深度方向の画像の取得枚数を減らし、サンプリングピッチを大きくした分だけ、焦点深度に直交する方向のサンプリング数を減らして、高速取得の目的を達成することができる。

また、上記態様においては、前記取得目的が３Ｄ画像データを高精度に取得することである場合に、前記空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も小さい値に合わせるように、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御してもよい。

このようにすることで、取得目的が３Ｄ画像データを高精度に取得することである場合には、空間周波数算出部により算出された画像データの空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も小さい値に合わせるように、顕微鏡の開口数を大きくする制御および撮像素子のサンプリングピッチを小さくする制御の少なくとも一方の制御を行うことで、顕微鏡分解能および撮像素子分解能を高くする。これにより、最も高い分解能によって規定される３Ｄ画像データを得ることができるとともに、顕微鏡の開口数を大きくした分だけ、焦点深度方向の画像の取得枚数を増やし、サンプリングピッチを小さくした分だけ、焦点深度に直交する方向のサンプリング数を増やして、高解像度取得の目的を達成することができる。

本発明によれば、目的に応じた３Ｄ画像データを取得することができるという効果を奏する。

本発明の一実施形態に係る顕微鏡システムを示す全体構成図である。 図１の顕微鏡システムの顕微鏡本体に備えられたレボルバの一例を示す図である。 図１の顕微鏡システムに備えられる認識部と顕微鏡本体との関係を示すブロック図である。 図１の顕微鏡システムに備えられる顕微鏡制御部と顕微鏡本体との関係を示すブロック図である。 図１の顕微鏡システムの制御を説明するフローチャートである。 図１の顕微鏡システムの表示部に表示されるＧＵＩの一例を示す図である。 図５の変形例を示すフローチャートである。 図１の顕微鏡システムの変形例を示す全体構成図である。 図８の顕微鏡システムの制御を説明するフローチャートである。 図９のＡに続くフローチャートである。 図９のＢに続くフローチャートである。

以下、本発明の一実施形態に係る顕微鏡システム１について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１は、図１に示されるように、顕微鏡本体（顕微鏡）２と、該顕微鏡本体２により結像された標本Ｓの像を撮影する撮像部３と、顕微鏡本体２および撮像部３を制御する制御部４と、該制御部４に接続された画像処理部５、表示部６、入力部（目的入力部）７および記憶部８とを備えている。

顕微鏡本体２は、照明光を射出する光源９と、標本Ｓを搭載し３次元方向に移動させるステージ１０と、光源９からの照明光をステージ１０上の標本Ｓに集光し、標本Ｓからの戻り光を集光する対物レンズ１１と、対物レンズ１１により集光された戻り光を通過させる開口絞り１２と、開口絞り１２を通過した戻り光を光源９からの照明光の光路から分岐するハーフミラー１３と、ズーム倍率を変更可能なズーム光学系１４と、３眼鏡筒１５と、撮像部３を取り付けるカメラアダプタ１６とを備えている。図中、符号１７は、対物レンズ１１を交換可能に保持するレボルバであり、符号１８は接眼レンズである。

開口絞り１２は、その開口径を調整可能な可変絞りであり、開口絞り用モータ１２ａの作動によって開閉されることにより、顕微鏡本体２の開口数を変更するようになっている。
ズーム光学系１４は、光軸方向に配列された複数のレンズ（図示略）を備え、レンズ移動用モータ１４ａによって１以上のレンズを光軸方向に移動させることにより、ズーム倍率を変更して観察像を拡大または縮小することができるようになっている。

レボルバ１７は、図２に示されるように、周方向に配列された複数の対物レンズ保持孔１７ａを有する円板状に形成され、いずれかの対物レンズ保持孔１７ａに保持された対物レンズ１１を観察光軸上に択一的に配置することができるようになっている。各対物レンズ保持孔１７ａには、孔識別タグ１７ｂが設けられている。孔識別タグ１７ｂには、レボルバ１７の各対物レンズ保持孔１７ａを識別するコード（孔識別情報）が付与されている。観察光軸上に配置されたレボルバ１７の対物レンズ保持孔１７ａ（例えば、図２にハッチングで示す。）に対応する孔識別タグ１７ｂの孔識別情報を図示しないセンサによって読み取ることで、対物レンズ１１の情報を外部に取り出すことができるようになっている。

カメラアダプタ１６に取り付けられた撮像部３は、撮像素子１９と、前置処理部２０と、増幅部２１と、Ａ／Ｄ変換部２２とを備えている。
撮像素子１９は、ＣＣＤやＣＭＯＳなどであり、後述する撮像制御部２７からの制御信号に応じたサンプリングピッチで結像した観察像を光電変換し、出力信号を前置処理部２０に入力するようになっている。

前置処理部２０は、撮像素子１９から出力された信号を、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）処理等を行い標本化し、増幅部２１に出力するようになっている。
増幅部２１は、前置処理部２０を介して入力された画像信号を増幅し、Ａ／Ｄ変換部２２に出力するようになっている。
Ａ／Ｄ変換部２２は、増幅部２１で増幅された画像信号を量子化し、画像処理部５に量子化データ（以降、画像データという。）を出力するようになっている。
ここで、画像処理部５は、デモザイキング処理や色マトリックス変換処理、コントラスト処理、鮮鋭化処理等のデジタル処理を行う機能を有しており、画像処理後、後述の表示部６に表示する観察画像を出力するようになっている。

入力部７は、３Ｄ画像データの取得目的として、「高速に取得する」（高速取得）か「高精度に取得する」（高解像度取得）のいずれかを選択して入力することができるようになっている。
制御部４は、認識部２３と、分解能算出部２４と、制御値算出部２５と、顕微鏡制御部（分解能制御部）２６と、撮像制御部（分解能制御部）２７とを備えている。

認識部２３は、図３に示されるように、レボルバ１７、開口絞り１２およびズーム光学系１４と電気的に接続されている。これにより、レボルバ１７から出力される孔識別情報、開口絞り１２から出力される開口数、ズーム光学系１４から出力されるズーム倍率および後述する記憶部８に記憶されている撮像素子１９のサンプリングピッチをもとにして、顕微鏡本体２の開口数および撮像素子１９のサンプリングピッチを認識するようになっている。

分解能算出部２４は、認識部２３によって認識された顕微鏡本体２の開口数および撮像素子１９のサンプリングピッチから顕微鏡分解能の値（以下、単にＲＭＳとも言う。）および撮像素子分解能の値（以下、単にＲＣＡＭとも言う。）を算出するようになっている。
ここで、分解能の値（ＲＭＳ、ＲＣＡＭ）が大きくなる程、分解能は低くなり、分解能の値（ＲＭＳ、ＲＣＡＭ）が小さくなる程、分解能は高くなる。
制御値算出部２５は、分解能算出部２４によって算出された顕微鏡分解能と撮像素子分解能とが等しくなるように、顕微鏡本体２の開口数または撮像素子１９のサンプリングピッチのどちらかを３Ｄ画像データの取得目的に応じて制御する制御値として算出するようになっている。

具体的には、制御値算出部２５は、入力部７から入力された３Ｄ画像データの取得目的が、高速に取得することである場合に、ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、ＲＭＳ＝ＲＣＡＭとなるような顕微鏡本体２の開口数を算出し、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、ＲＭＳ＝ＲＣＡＭとなるように撮像素子１９のサンプリングピッチを算出するようになっている。

また、制御値算出部２５は、入力部７から入力された３Ｄ画像データの取得目的が、高精度に取得することである場合に、ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、ＲＭＳ＝ＲＣＡＭとなるような撮像素子１９のサンプリングピッチを算出し、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、ＲＭＳ＝ＲＣＡＭとなるように顕微鏡本体２の開口数を算出するようになっている。
算出された顕微鏡本体２の開口数または撮像素子１９のサンプリングピッチは、記憶部８に記憶されるようになっている。

顕微鏡制御部２６は、図４に示すようにレボルバ用モータ１７ｃ、開口絞り用モータ１２ａおよびズーム光学系１４のレンズ移動用モータ１４ａと電気的に接続されている。これにより、制御値算出部２５により算出された顕微鏡本体２の開口数に応じて、開口絞り１２の開口径を電気信号で制御するようになっている。
また、撮像制御部２７は、制御値算出部２５により算出された撮像素子１９のサンプリングピッチに応じて、撮像素子１９のサンプリングピッチを制御するようになっている。

表示部６は、画像処理部５から出力された画像データを表示するとともに、入力部７で入力された対物レンズ１１の種類、カメラアダプタ１６の種類および撮像部３の情報を表示するようになっている。
入力部７は、上述したように、３Ｄ画像データの取得目的を、「高速に取得する」または「高精度に取得する」のいずれかから選択して入力するとともに、顕微鏡本体２に装着されている対物レンズ１１の種類、カメラアダプタ１６の種類、撮像部３の情報を入力するようになっている。

記憶部８は、顕微鏡本体２の光学素子の全ての情報を予め保持している。例えば、対物レンズ１１の種類とズーム光学系１４のズーム倍率の組み合わせで決まる開口数などである。また、入力部７で入力された対物レンズ１１の種類、カメラアダプタ１６の種類、撮像部３の情報を保持する。また、制御値算出部２５で算出された顕微鏡本体２の開口数、または、撮像素子１９のサンプリングピッチを保持するようになっている。

次に、このように構成された本実施形態に係る顕微鏡システム１の動作を、図５および図６を参照して説明する。
まず、顕微鏡本体２の観察光軸上に挿入されている対物レンズ１１の種類、開口絞り１２の開口数、ズーム光学系１４のズーム倍率、カメラアダプタ１６の倍率、撮像部３の情報および入力部７から３Ｄ画像データの取得目的が入力される（ステップＳ１）。

例えば、図６に示すようにＧＵＩ画面を表示部６に表示し、レボルバ１７に装着されている対物レンズ１１の種類、カメラアダプタ１６の種類、撮像部３の情報および３Ｄ画像データの取得目的を、入力部７を用いて手動で入力する。入力された情報は記憶部８に保持される。

認識部２３は、レボルバ１７から出力される孔識別情報をもとに、観察光軸に挿入されている対物レンズ１１の種類を認識する。また、開口絞り１２から出力される開口数の情報をもとに、観察光軸に挿入されている開口絞り１２の開口数ＮＡＡＳを認識する。また、ズーム光学系１４から出力されるズーム倍率の情報をもとに、観察光軸に挿入されているズーム光学系１４のズーム倍率を認識する（ステップＳ２）。

次に、分解能算出部２４が、顕微鏡分解能の値および撮像素子分解能の値を算出する（ステップＳ３）。
分解能算出部２４は、認識部２３によって認識された顕微鏡本体２の観察光軸に挿入されている対物レンズ１１の種類、ズーム光学系１４のズーム倍率および記憶部８に予め記憶させてある全ての光学素子の情報から、対物レンズ１１の種類とズーム光学系１４のズーム倍率の組み合わせで決まる開口数ＮＡＭＳを算出する。
さらに、分解能算出部２４は、以下の式により顕微鏡分解能の値を算出する。

ＲＭＳ＝０．６１λ／ＮＡ
ここで、λは撮像面に照射される照明光の波長、ＮＡは開口数ＮＡＭＳと認識部２３によって認識された開口絞り１２の開口数ＮＡＡＳの内の小さい方である。

また、分解能算出部２４は、記憶部８に予め記憶させてある撮像部３の情報から、観察光軸に挿入されている撮像素子１９のサンプリングピッチを導き出し、撮像素子分解能の値を以下の式により導き出す。
ＲＣＡＭ＝ＰＣＡＭ／２
ここで、ＰＣＡＭは撮像素子１９のサンプリングピッチである。

次いで、制御値算出部２５において、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と、撮像素子分解能の値とが比較される（ステップＳ４）。
そして、制御値算出部２５では、分解能算出部２４で算出された顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とを比較し、ＲＭＳ＝ＲＣＡＭの場合には、処理を終了する。

比較の結果、ＲＭＳ≠ＲＣＡＭの場合には、まず、３Ｄ画像データの取得目的が判定される（ステップＳ５）。取得目的が、「高速に取得する」である場合には、ステップＳ６に進み、それ以外の場合には「高精度に取得する」であるとしてステップＳ７に進む。

取得目的が「高速に取得する」である場合には、さらに、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが比較され（ステップＳ６）、ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、ステップＳ８に進み、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合にはステップＳ９に進む。

ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、顕微鏡本体２の開口数が制御される。
制御値算出部２５は、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値が撮像素子分解能の値と等しくなるような開口絞り１２の開口数ＮＡＳＦを、以下の式により算出する。
ＮＡＳＦ＝１．２２λ／ＰＣＡＭ （１）
そして、顕微鏡制御部２６は、制御値算出部２５によって算出された開口数ＮＡＳＦとなるように、開口絞り１２を制御する。

ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、開口絞り１２の開口数を小さくすることにより、顕微鏡分解能の値を大きくすなわち顕微鏡分解能を低減し、撮像素子分解能の値すなわち低い方の撮像素子分解能と等しくすることにより、低い方の撮像素子分解能での３Ｄ画像データの取得が行われる。顕微鏡分解能を低下させたことにより、焦点深度が深くなるので、焦点深度方向の画像取得枚数を減らし高速化を図ることができる。

一方、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、撮像素子１９のサンプリングピッチが制御される。
制御値算出部２５は、分解能算出部２４により算出された撮像素子分解能の値が顕微鏡分解能の値と等しくなるように、撮像素子１９のサンプリングピッチＰＣＡＭを以下の式により算出する。
ＰＣＡＭ＝１．２２λ／ＮＡ （２）
撮像制御部２７は、制御値算出部２５により算出されたサンプリングピッチとなるように撮像部３を制御する。

ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、撮像素子１９のサンプリングピッチを大きくすることにより、撮像素子分解能の値を大きくすなわち撮像素子分解能を低減し、顕微鏡分解能の値すなわち低い方の顕微鏡分解能と等しくすることにより、低い方の顕微鏡分解能での３Ｄ画像データの取得が行われる。撮像素子分解能を低下させたことにより、焦点深度に直交する方向の画像取得枚数を減らし高速化を図ることができる。

一方、３Ｄ画像データの取得目的が「高精度に取得する」である場合にも、さらに、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが比較され（ステップＳ７）、ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、ステップＳ１０に進み、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合にはステップＳ１１に進む。

ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、撮像素子１９のサンプリングピッチが制御される。
制御値算出部２５は、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値が撮像素子分解能の値と等しくなるような撮像素子１９のサンプリングピッチを式（２）により算出する。
そして、撮像制御部２７は、制御値算出部２５により算出されたサンプリングピッチとなるように撮像部３を制御する（ステップＳ１０）。

ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、撮像素子１９のサンプリングピッチを小さくすることにより、撮像素子分解能の値を小さくすなわち撮像素子分解能を増大させ、顕微鏡分解能の値すなわち高い方の顕微鏡分解能と等しくすることにより、高い方の顕微鏡分解能での３Ｄ画像データの取得が行われる。撮像素子分解能を増大させたことにより、焦点深度に直交する方向の画像取得枚数を増大させ高精度化を図ることができる。

一方、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、開口絞り１２の開口数が制御される。
制御値算出部２５は、分解能算出部２４により算出された撮像素子分解能の値が顕微鏡分解能の値と等しくなるように、開口絞り１２の開口数を式（１）により算出する。
そして、顕微鏡制御部２６は、制御値算出部２５によって算出された開口数となるように、開口絞り１２を制御する（ステップＳ１１）。

ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、開口絞り１２の開口数を大きくすることにより、顕微鏡分解能の値を小さくすなわち顕微鏡分解能を増大させ、撮像素子分解能の値すなわち高い方の撮像素子分解能と等しくすることにより、高い方の撮像素子分解能での３Ｄ画像データの取得が行われる。顕微鏡分解能を増大させたことにより、焦点深度が浅くなるので、焦点深度方向の画像取得枚数を増やし高精度化を図ることができる。

このようにして、開口絞り１２の開口数または撮像素子１９のサンプリングピッチが調節された後に、ステージ１０により標本Ｓの位置を調節する。ステージ１０は、観察光軸に直交する水平２方向に移動させられて撮像素子１９の視野範囲が観察範囲に一致させられる。また、ステージ１０は観察光軸方向に移動させられて標本Ｓの高さ方向位置に対物レンズの焦点位置が一致させられる。

光源９から照明光を射出すると、照明光はハーフミラー１３によって反射され標本Ｓに照射される。標本Ｓにおける反射光や散乱光は、対物レンズ１１によって集光され、ハーフミラー１３を透過してズーム光学系１４、３眼鏡筒１５およびカメラアダプタ１６を通過して撮像部３の撮像素子１９により撮影される。

本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、３Ｄ画像データの取得目的に応じて顕微鏡分解能と撮像素子分解能とが等しくなるように調節されるので、高い方の分解能を小さい方の分解能に合わせて高速化を図り、小さい方の分解能を高い方の分解能に合わせて高精度化を図ることができるという利点がある。

なお、本実施形態においては、落射照明による標本観察を想定しているが、透過照明による標本観察としてもよい。
また、本実施形態においては、顕微鏡本体２に装着されている対物レンズ１１の種類、カメラアダプタ１６の種類および撮像部３の情報を手動で入力することとしたが、自動で認識することとしてもよい。

また、本実施形態においては、顕微鏡本体２の観察光軸上に挿入されている対物レンズ１１の種類、開口絞り１２の開口数およびズーム光学系１４のズーム倍率の情報を自動で認識することとしたが、手動で認識することとしてもよい。
また、本実施形態においては、顕微鏡制御部２６および撮像制御部２７は、制御値算出部２５により算出された開口数またはサンプリングピッチをもとに、開口絞り１２の開口数、または撮像素子１９のサンプリングピッチを自動的に変更することを想定したが、「開口絞り１２の開口数を○○に設定してください」あるいは「解像度を□□に設定してください」のような指示を表示部６に表示し、操作者に変更させることとしてもよい。

また、本実施形態においては、顕微鏡本体２の開口数を調節する際に、開口絞り１２の開口数を調節することとしたが、これに代えて、対物レンズ１１およびズーム光学系１４を調節することにしてもよい。
すなわち、顕微鏡制御部２６は、レボルバ１７、開口絞り１２およびズーム光学系１４と電気的に接続されており、制御値算出部２５により算出された顕微鏡本体２の開口数に応じて、レボルバ１７およびズーム光学系１４を電気信号で制御するようにしてもよい。

具体的には、図７に示されるように、ステップＳ５において、３Ｄ画像データの取得目的が高速取得である場合に、制御値算出部２５は、ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、低い方の撮像素子分解能に顕微鏡分解能を合わせるように顕微鏡分解能を低下させればよい。

さらに具体的には、まず、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能が撮像素子分解能と等しくなるように、対物レンズ１１の種類とズーム光学系１４のズーム倍率との組み合わせで決まる開口数を下式により算出する。
ＮＡＭＳ＝１．２２λ／ＰＣＡＭ
次いで、顕微鏡制御部２６は、制御値算出部２５により算出された開口数と、対物レンズ１１の倍率×ズーム光学系１４のズーム倍率で決まる総合倍率とが等しくなるような組み合わせになるよう、対物レンズ１１の種類およびズーム光学系１４のズーム倍率を制御すればよい（ステップＳ１２）。

一方、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、低い方の顕微鏡分解能に撮像素子分解能を合わせるように撮像素子１９のサンプリングピッチを大きくする。具体的な制御は図５のステップ９と同様である。

また、図７のステップＳ５において、３Ｄ画像データの取得目的が高精度取得である場合には、制御値算出部２５は、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、低い方の顕微鏡分解能を撮像素子分解能に合わせるように顕微鏡分解能を増大させればよい。
具体的には、顕微鏡制御部２６は、制御値算出部２５により算出された開口数と、対物レンズ１１の倍率×ズーム光学系１４のズーム倍率で決まる総合倍率とが等しくなるような組み合わせになるよう、対物レンズ１１の種類およびズーム光学系１４のズーム倍率を制御すればよい（ステップＳ１３）。

また、本実施形態においては、図８に示されるように、取得された画像を処理する画像処理部５が、取得された画像から空間周波数（以下、単にＲＯＢＪとも言う。）を算出する空間周波数算出部５ａを備え、制御部４が、分解能比較部２８を備えていてもよい。
空間周波数算出部５ａは、撮像部３により取得された標本Ｓの画像データをフーリエ変換することにより空間周波数を算出する。なお、フーリエ変換に代えて、高域通過フィルタ（ハイパスフィルタ）や特定の周波数帯域を通過させる帯域通過フィルタ（バンドバスフィルタ）によって、高周波数または特定周波数を含む部分を検出するようにしてもよい。

分解能比較部２８は、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と空間周波数算出部５ａにより算出された空間周波数とを比較し、顕微鏡分解能の値と空間周波数とが等しくなるように、開口絞り１２の開口数を変更するようになっている。

すなわち、図９に示されるように、ステップＳ１３において、標本Ｓの空間周波数ＲＯＢＪが算出され、ステップＳ５において、３Ｄ画像データの取得目的が、高速取得か否かが判定される。取得目的が高速取得である場合には、図１０のステップＳ１４に進み、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と、空間周波数算出部５ａにより算出された標本Ｓの空間周波数とが比較される。
比較の結果、ＲＯＢＪ≧ＲＭＳの場合には、撮像素子分解能の値が空間周波数と等しいか否かが判断される（ステップＳ１５）。

ＲＯＢＪ＝ＲＣＡＭの場合には、撮像素子分解能の値と顕微鏡分解能の値とが等しくなるように、顕微鏡本体２の開口数を小さくするように制御される（ステップＳ１６）。
このステップＳ１６では、ＲＭＳ＝ＲＯＢＪ＝ＲＣＡＭの場合には、ステップＳ１６の処理を行わずに、処理を終了する。
ＲＯＢＪ≠ＲＣＡＭの場合には、撮像素子分解能の値と空間周波数とが比較され（ステップＳ１７）、ＲＣＡＭ＜ＲＯＢＪの場合には、標本Ｓの空間周波数と撮像素子分解能の値とが等しくなるように撮像素子１９のサンプリングピッチが増大させられるとともに、顕微鏡分解能の値と空間周波数とが等しくなるように顕微鏡本体２の開口数を小さくするように制御される（ステップＳ１８）。

一方、ステップＳ１７における比較の結果、ＲＣＡＭ＞ＲＯＢＪの場合には、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように顕微鏡本体２の開口数を小さくする方向に制御される（ステップＳ１９）。

ステップＳ１４において、ＲＯＢＪ＜ＲＭＳの場合には、撮像素子分解能の値と顕微鏡分解能の値とが等しいか否かが判定され（ステップＳ２０）、等しい場合には処理を終了し、異なる場合には、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが比較される（ステップＳ２１）。

ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、顕微鏡分解能をそれより低い撮像素子分解能に合わせるように開口絞り１２を絞る方向に制御し（ステップＳ２２）、ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、撮像素子分解能をそれより低い顕微鏡分解能に合わせるように撮像素子１９のサンプリングピッチを大きくする方向に制御する（ステップＳ２３）。

このようにすることで、標本Ｓの空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も大きい値に合わせるように顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値が調節され、高速化が図られる。

また、ステップＳ５において、３Ｄ画像取得の目的が高速取得ではない場合には、図１１のステップＳ２４に進み、分解能算出部２４により算出された顕微鏡分解能の値と、空間周波数算出部５ａにより算出された標本Ｓの空間周波数とが比較される。
比較の結果、ＲＯＢＪ≧ＲＭＳの場合には、撮像素子分解能の値が空間周波数と等しいか否かが判断される（ステップＳ２５）。

ＲＯＢＪ＝ＲＣＡＭの場合には、撮像素子分解能の値と顕微鏡分解能の値とが等しくなるように、撮像素子１９のサンプリングピッチを小さくするように制御される（ステップＳ２６）。
このステップＳ２６では、ＲＭＳ＝ＲＯＢＪ＝ＲＣＡＭの場合には、ステップＳ２６の処理を行わずに、処理を終了する。
ＲＯＢＪ≠ＲＣＡＭの場合には、撮像素子分解能の値が空間周波数と比較され（ステップＳ２７）、ＲＣＡＭ＜ＲＯＢＪの場合には、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように撮像素子１９のサンプリングピッチが短縮させられる、あるいは顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように顕微鏡本体２の開口数を大きくするように制御される（ステップＳ２８）。
このステップＳ２８では、ＲＣＡＭ＞ＲＭＳの場合には、撮像素子１９のサンプリングピッチが短縮させられ、また、ＲＣＡＭ＜ＲＭＳの場合には、顕微鏡本体２の開口数を大きくするように制御される。

一方、ステップＳ２７における比較の結果、ＲＣＡＭ＞ＲＯＢＪの場合には、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように撮像素子１９のサンプリングピッチを小さくする方向に制御される（ステップＳ２９）。

ステップＳ２４において、ＲＯＢＪ＜ＲＭＳの場合には、撮像素子分解能の値と顕微鏡分解能の値とが等しいか否かが判定され（ステップＳ３０）、等しい場合には処理を終了し、異なる場合には、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが比較される（ステップＳ３１）。

ＲＭＳ＜ＲＣＡＭの場合には、標本Ｓの空間周波数と撮像素子分解能の値とが等しくなるように撮像素子１９のサンプリングピッチが短縮させられるとともに、顕微鏡分解能の値と空間周波数とが等しくなるように顕微鏡本体２の開口数を大きくするように制御される（ステップＳ３２）

ＲＭＳ＞ＲＣＡＭの場合には、標本Ｓの空間周波数と撮像素子分解能の値のうち小さい方の値と等しくなるように、撮像素子１９のサンプリングピッチを短縮、および顕微鏡本体２の開口数を大きくすることの少なくともどちらか一方を実行するように制御される（ステップＳ３３）。

このステップＳ３３では、ＲＣＡＭ＞ＲＯＢＪの場合には、標本Ｓの空間周波数と撮像素子分解能の値とが等しくなるように撮像素子１９のサンプリングピッチが短縮させられるとともに、標本Ｓの空間周波数と顕微鏡分解能の値とが等しくなるように顕微鏡本体２の開口数を大きくするように制御される。
一方、ＲＣＡＭ＜ＲＯＢＪの場合には、顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値とが等しくなるように顕微鏡本体２の開口数を大きくするように制御される。

このようにすることで、標本Ｓの空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も小さい値に合わせるように顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値が調節され、高精度化が図られる。

１ 顕微鏡システム
２ 顕微鏡本体（顕微鏡）
５ａ 空間周波数算出部
７ 入力部（目的入力部）
１９ 撮像素子
２３ 認識部
２４ 分解能算出部
２６ 顕微鏡制御部（分解能制御部）
２７ 撮像制御部（分解能制御部）
Ｓ 標本

Claims (5)

1. 光路上に挿入された標本の像を結像する開口数可変の顕微鏡と、
   前記標本を撮像し、画像データに変換する撮像素子と、
   ３Ｄ画像データの取得目的を入力する目的入力部と、
   前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチを認識する認識部と、
   前記認識部により認識した前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチから、顕微鏡分解能の値および撮像素子分解能の値を算出する分解能算出部と、
   該分解能算出部により算出された前記顕微鏡分解能の値と前記撮像素子分解能の値とが等しくなるように、前記目的入力部により入力された３Ｄ画像データの前記取得目的に応じて、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御する分解能制御部とを備える顕微鏡システム。
2. 前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高速に取得することである場合に、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より小さい場合には、前記顕微鏡の開口数を小さくするように制御し、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より大きい場合には、前記撮像素子のサンプリングピッチを大きくするように制御する請求項１に記載の顕微鏡システム。
3. 前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高精度に取得することである場合に、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より小さい場合には、前記撮像素子のサンプリングピッチを小さくするように制御し、前記顕微鏡分解能の値が前記撮像素子分解能の値より大きい場合には、前記顕微鏡の開口数を大きくするように制御する請求項１または請求項２に記載の顕微鏡システム。
4. 前記画像データに対して空間周波数の解析を行う空間周波数算出部を備え、
   前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高速に取得することである場合に、前記空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も大きい値に合わせるように、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御する請求項１に記載の顕微鏡システム。
5. 前記画像データに対して空間周波数の解析を行う空間周波数算出部を備え、
   前記分解能制御部は、前記取得目的が３Ｄ画像データを高精度に取得することである場合に、前記空間周波数と顕微鏡分解能の値と撮像素子分解能の値の中で最も小さい値に合わせるように、前記顕微鏡の開口数および前記撮像素子のサンプリングピッチの少なくとも一方を制御する請求項１または請求項４に記載の顕微鏡システム。

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