JP5188724B2 - 顕微鏡システム、該制御装置、及び該撮像方法 - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡用システム、顕微鏡システム制御する制御装置、及び撮像方法に関する。

従来、撮像装置が搭載された顕微鏡を用いて、標本を静止画もしくは動画を撮影することにより標本をディジタル画像として観察する方法が用いられている。また、一般に顕微鏡を用いて標本の観察をする場合、一度に観察できる範囲は、主として対物レンズの倍率によって決定される。対物レンズの倍率が高倍率になると観察範囲が狭くなるが、その代わり高精細な画像を取得できる。

このことを利用して、対物レンズの倍率に応じた高精細な顕微鏡画像を重複部分も考慮して位置制御しながら取り込み、この取り込んだ画像を順次貼り合せることにより、高解像で広視野な画像を形成する顕微鏡システムが提案されている（例えば、特許文献１。）。

これらの撮像システムにおいて複数位置で標本を撮影する場合は、撮影時の画像ぶれを防止するために、それぞれの撮像位置にステージを位置決め停止させた後、標本を撮影する。
特開２００４−１０１８７１号公報 特開２００２−１９５８１１号公報 特開２００３−９８０５９号公報

しかしながら、撮影毎にステージの移動を中断していると、広範囲の標本画像を得るために撮影回数が多いほど撮影全体に要する時間が増大する。係る撮影時間を短くする方法として、ステージの移動速度を大きく、あるいは加減速制御する方法が考えられるが、撮影区間の移動量が小さい場合には、大幅な撮影時間の短縮は難しい。

また、ステージ速度を頻繁に変更すると標本に対して重力が加わるため、生きた標本を観察する場合には標本にダメージを与えてしまう恐れがある。
ここで、ステージを停止させずに総撮影時間を短縮する方法として、特許文献２に示されるように、ステージの移動速度及びシャッター速度を撮像素子の１画素以内となるように設定する方法も提案されている。ところが、この特許文献２の方法では、ステージ移動速度が極めて低速度に制限されるため、撮影時間の短縮は難しい。

上記の課題に鑑み、本発明では、顕微鏡システムにおいて、ステージを移動させて連続的に複数の標本画像を取得する際に、画像ぶれを抑えつつ高速に撮影を行うことを目的とする。

本発明にかかる、標本が載置されたステージを移動させるステージ駆動部と、前記標本について観察された少なくとも１つの観察領域を撮像する撮像部と、前記撮像部の位置を変位させる撮像位置変位部とを含む顕微鏡システムを制御する制御装置は、前記ステージを、前記撮像位置変位部の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される移動速度で移動させるように制御するステージ駆動制御手段と、前記撮像部の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像部の位置が変位するように前記撮像位置変位部を制御する撮像位置変位制御手段と、を備えることを特徴とする。

前記制御装置において、前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像部の露光期間中に亘って、前記ステージの移動中、前記観察領域内の各位置からの反射光または透過光が前記撮像部の受光面の同一位置で受光されるように、前記撮像位置変位部を制御することを特徴とする。

前記制御装置において、前記撮像部は、前記標本が複数の観察領域に分割された該各観察領域を撮像し、前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像部の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記分割された観察領域毎に前記撮像位置変位部を制御することを特徴とする。

また、本発明にかかる、顕微鏡システムは、標本が載置されるステージと、前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、前記標本について観察された少なくとも１つの観察領域を撮像する撮像手段と、前記撮像手段の位置を変位させる撮像位置変位手段と、前記ステージを、前記撮像位置変位手段の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される移動速度で移動させるように制御するとともに、前記撮像手段の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像手段の位置が変位するように前記撮像位置変位手段を制御する撮像位置変位制御手段と、を備えることを特徴とする。

前記顕微鏡システムにおいて、前記撮像位置変位手段には、前記撮像手段の位置を変位させる変位部材として、圧電素子またはコイルが用いられていることを特徴とする。
前記顕微鏡システムにおいて、前記撮像手段は、前記標本が複数の観察領域に分割された該各観察領域を撮像し、前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像手段の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記分割された観察領域毎に前記撮像位置変位手段を制御することを特徴とする。

本発明にかかる、観察光軸の垂直方向に移動可能な撮像素子と、標本が載置され前記観察光軸の垂直方向に移動可能な移動ステージを備えた顕微鏡装置を用いて、前記標本全体を複数の観察領域に分割し、前記移動ステージを移動させて前記それぞれの観察領域にて画像を撮像する撮像方法は、前記移動ステージを、前記撮像素子の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される移動速度で移動させ、前記移動ステージが前記それぞれの観察領域に達したとき、前記撮像素子の露光を開始させると共に、該移動ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像素子を変位させ、前記露光の完了と共に、前記撮像素子の変位を解除して、該撮像素子から光電変換された電気信号を読み出して、前記それぞれの観察領域に対応する画像データを取得することを特徴とする。

本発明を用いることにより、ステージを移動させて連続的に複数の標本画像を取得する際に、画像ぶれを抑えつつ高速に撮影を行うことができる。

本発明にかかる顕微鏡システムは、ステージ、ステージ駆動手段、撮像手段、撮像位置変位手段、制御手段から構成される。
ステージは、標本が載置されるものであり、以下の実施形態でいえば電動ステージ６に相当する。ステージ駆動手段は、前記ステージを移動させるものであり、以下の実施形態でいえばステージ駆動部２４に相当する。

撮像手段は、前記標本について観察された少なくとも１つの観察領域を撮像するものであり、本実施形態でいえば撮像素子３３に相当する。撮像位置変位手段は、前記撮像手段の位置を変位させるものであり、本実施形態でいえば変位部３２に相当する。

制御手段（制御装置）は、本実施形態でいえばＰＣ２０（またはＣＰＵ１４でもよい）に相当し、ステージ駆動制御手段、撮像位置変位制御手段を実現する機能を有する。
ステージ駆動制御手段は、前記ステージを所定速度で移動させるように前記ステージを制御する。

撮像位置変位制御手段は、前記撮像手段の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像手段の位置が変位するように前記撮像位置変位手段を制御する。すなわち、前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像部の露光期間中に亘って、前記ステージの移動中、前記観察領域内の各位置からの反射光または透過光が撮像部の受光面の同一位置で受光されるように、前記撮像位置変位部を制御する。

このように構成することにより、標本移動中の撮影においてもぶれのない標本をえることができる。また、露光時間を別途設ける必要がないため、連続した観察領域を連続して撮像する場合、複数枚ぶれのない標本画像を得る時間を短縮させることができる。

前記ステージの移動速度は、前記撮像位置変位部の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される速度とすることができる。このように構成することにより、標本画像を得る時間を短縮させることができる。

前記撮像位置変位手段には、前記撮像手段の位置を変位させる変位部材として、圧電素子またはコイルを用いることができる。このように構成することにより、前記撮像手段の位置の変位を制御することができる。

また、前記撮像手段は、前記標本が複数の観察領域に分割された該各観察領域を撮像することもできる。この場合、前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像手段の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記分割された観察領域毎に前記撮像位置変位手段を制御する。

＜第１の実施形態＞
本実施形態では、ＸＹ方向に可変可能な撮像素子と観察試料を載置したＸＹ方向に可変な電動ステージを備えた顕微鏡システムにおいて、撮像素子の露光開始とともに、標本を載せたステージの移動に対応して、観察視野領域内の観察対象部位が相対的にずれないような速度で撮像素子の位置を変位させて、露光完了と同時に画像データを取得することができる顕微鏡システムについて説明する。

図１は、本実施形態における顕微鏡システムの構成を示す。同図において、顕微鏡システムは、主として、顕微鏡１、顕微鏡用撮像装置１０、ステージ駆動部２４、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）２０から構成されている。

顕微鏡１は、ステージ上に載置した標本８を透過明視野観察または蛍光観察などの各種検鏡法で観察することが可能な鏡体である。顕微鏡１の鏡体は、アダプタ２、投光管３、レボルバ４、対物レンズ５、電動ステージ６、光源部７から構成される。当該鏡体は、アダプタ２等を介して撮像部１０と接続可能な構成となっている。

光源部７から照射された光は、投光管３内の光学系を通過し、レボルバ４によって光軸上に設置された対物レンズ５を通して電動ステージ６上に載せられた標本８に照射される。標本８に照射された光は、標本８に反射して、対物レンズに導かれる。対物レンズに導かれた反射光は、投光管３及びアダプタ２を介して顕微鏡用撮像装置１０に導かれる。

レボルバ４には、倍率の異なる複数の対物レンズ５が取り付けられている。レボルバ４は、その複数の対物レンズ５を任意の対物レンズに切り替えることにより、その任意の対物レンズを観察光軸に挿入することができる。

電動ステージ６は、ステージ駆動部２４と接続されている。電動ステージ６のステージ部分は、ステージ駆動部２４からの電気信号に応じて光軸と直交する平面（ＸＹ平面）上を移動する。また、電動ステージ６は、内部にエンコーダを有し、その信号出力をステージ駆動部２４に送信する。

ステージ駆動部２４は、ＰＣ２０と接続されている。ステージ駆動部２４は、ＰＣ２０からの命令信号に応じて電動ステージ６を駆動させる電気信号を生成して、電動ステージ６を駆動させる。また、ステージ駆動部２４は、電動ステージ６から送信されるエンコーダ信号を読み取ってステージ位置情報を検出し、そのステージ位置情報をＰＣ２０に送信する。

図２は、本実施形態における顕微鏡用撮像装置の概略構成を示す。顕微鏡用撮像装置１０は、撮像部１１、画像処理部１２、インターフェース（Ｉ／Ｆ）部１３、ＣＰＵ（中央処理装置）１４、制御バス１５からなる。

撮像部１１は、顕微鏡１で観察された被検体を撮像して画像データを取得するものである。画像処理部１２は、撮像部１１で取得された画像データに対して画像処理を行うものである。

Ｉ／Ｆ部１３は、ＰＣ２０、画像処理部１２、ＣＰＵ１４と接続されており、データ形式の変換を行いつつＰＣ２０とＣＰＵ１４間のデータ送受信を行う。また、Ｉ／Ｆ部１３は、内部にバッファメモリを有しており、画像処理部１２から入力される撮像画像データを一時保存し、ＰＣ２０とタイミング調整を計りつつ画像データをＰＣ２０に送信する。

ＰＣ２０は、Ｉ／Ｆ部１３を介して顕微鏡用撮像装置１０と接続されており、顕微鏡用撮像装置１０に所定の命令信号を送信したり、顕微鏡用撮像装置１０からの画像データを受信したりする。また、ＰＣ２０は、表示部２２、入力装置２１、ステージ駆動部２４とも接続されている。

表示部２２は、ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）やＣＲＴ（Ｃａｔｈｏｄｅ Ｒａｙ Ｔｕｂｅ）等のモニタであり、ＰＣ２０からの入力信号に応じてモニタに撮影画像や操作者が各種操作を実行するためのＧＵＩ及び文字等を表示する。

入力装置２１は、操作者がステージ位置や倍率、撮影条件、撮影開始、終了等の指示を与えるための入カデバイスであり、例えば、ボタン、キーボード、マウス、タブレット等である。

図３は、本実施形態における撮像部１１の構成を示す。撮像部１１は、撮像レンズ３１、変位部３２、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路３４、Ａ／Ｄ変換器３５、撮像素子駆動部３６、駆動回路３７から構成される。

変位部３２は、当該変位部３２に取り付けられた固体撮像素子の位置を変位させるためのものである。顕微鏡１より入射した被写体像は、撮像レンズ３１によって固体撮像素子３３に結像される。

撮像素子駆動部３６は、固体撮像素子３３、制御バス１５と接続されている。撮像素子駆動部３６は、ＣＰＵ１４により設定された条件で固体撮像素子３３を駆動させる駆動信号を生成し、固体撮像素子３３に出力する。

固体撮像素子３３は、この駆動信号に応じて入射光を光電変換して信号電荷とするものであり、例えばＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）である。このとき、撮像素子駆動部３６から出力される水平同期信号（ＨＤ）、垂直同期信号（ＶＤ）に応じて、固体撮像素子３３はその信号電荷をアナログ信号としてＣＤＳ／ＡＧＣ回路３４に出力する。

固体撮像素子３３から出力された信号は、相関二重サンプリング（ＣＤＳ）及び利得自動調整（ＡＧＣ）を行うＣＤＳ／ＡＧＣ回路３４を通り、Ａ／Ｄ変換器３５によってディジタル信号のベイヤデータに変換された後、フレームやライン周期タイミングを示す同期信号とともに画像処理部１２に出力される。

駆動回路３７は、制御バス１５と接続されており、ＣＰＵ１４により設定された条件で、後述する変位部３２の圧電素子４３，４５を駆動するための電圧を生成する。
図４は、本実施形態における変位部３２の概略構成を示す。変位部３２は、例えば特許文献３に示されるように、撮像素子位置を水平、垂直方向に移動させつつ撮影し、それらを組み合わせることで高解像度画像を得る画素ずらし方式の機構（画素シフト機構）と同様の構成である。

固体撮像素子３３は、可動部４１上に固定されている。可動部４１には、近接してＸ結合部４２とＹ結合部４４とが形成されている。Ｘ結合部４２とＹ結合部４４はそれぞれ、圧電素子４３，４５と接触している。

圧電素子４３，４５はそれぞれ、Ｘ結合部４２、Ｙ結合部４４との接する部分の反対側が位置固定されている。また、圧電素子４３，４５は、駆動回路３７と接続されており、駆動回路３７から印加される電圧に応じてそれぞれ伸縮する。

図５は、本実施形態における画像処理部１２の構成を示す。画像処理部１２は、制御バス１５を介して接続されたＣＰＵ１４からの命令に応じて、撮像部１１から出力された画像データに対し様々な画像処理を行う。

画像処理部１２は、ＲＧＢ変換部５１、ホワイトバランス（ＷＢ）補正部５２、色マトリックス５３、階調補正部５４、輪郭強調部５５から構成される。撮像部１１から出力された画像データは、まずＲＧＢ変換部５１を通じてベイヤデータからＲＧＢデータにデータ変換され、ホワイトバランス補正部５２に出力される。

ホワイトバランス補正部５２は、各色データに対して、ＣＰＵ１４により設定された係数を乗ずることによってホワイトバランスを補正し、後段の色マトリックス５３に出力する。

次に、色マトリックス５３へ出力された画像データは、ＲＧＢ各色に対する３×３の行列演算によって固体撮像素子３３の色再現性を補正した後、階調補正部５４に出力される。階調補正部５４に入力した画像データは、不図示のルックアップテーブル（ＬＵＴ）によって階調補正された後、輪郭強調部５５に出力される。

輪郭強調部５５は、バンドパスフィルタを有しており、そのフィルタによって抽出された画像データの高周波成分が画像データに加算されることにより、画像データの輪郭強調を行う。その輪郭強調された画像データは、Ｉ／Ｆ部１３に出力される。

図６は、本実施形態におけるＸ方向に並んだ観察視野領域及び撮影領域を模式的に示した図である。本実施形態では、同図の矢印で示すように、電動ステージ６を駆動させることにより、観察光軸に対して標本８を移動させつつ、水平方向（Ｘ方向）に並ぶ３つの観察視野領域（Ａ，Ｂ，Ｃ）を順に連続的に撮影する場合を例に説明する。なお、観察視野領域Ａ，Ｂ，Ｃの中心位置をそれぞれ、ａ，ｂ，ｃとする。

図７は、本実施形態における顕微鏡用撮像装置１０の動作のフローを示す。以下では、図６を例に図７のフローを説明する。まず、操作者は、顕微鏡用撮像装置１０に電源を入れる（ステップ１。以下、ステップを「Ｓ」と称する。）。このとき、顕微鏡システム内の他の装置にも電源を入れる。すると、ＰＣ２０は画像処理用パラメータのデフォルトデータをＩ／Ｆ部１３を介してＣＰＵ１４に送信する。

ＣＰＵ１４は、そのＰＣ２０より送信されたデフォルトデータを画像処理部１２に送信すると、画像処理部１２内で実行される各画像処理のデフォルトパラメータが設定される（Ｓ２）。

次に、操作者は、入力装置２１を用いて、露出時間（Ｔ_ex）、撮影位置（ａ，ｂ，ｃ）等の撮影条件を設定する（Ｓ３）。撮影条件設定の終了後、操作者は、入力装置２１から撮影開始をＰＣ２０に指示する（Ｓ４）。

操作者から撮影開始指示を受けたＰＣ２０は、ステージ駆動部２４に所定命令を送信する。すると、ステージ駆動部２４は、電動ステージ６を駆動させて、ステージを初期位置（原点Ｏ）に移動させて位置座標の初期化を行う（Ｓ５）。ステージ駆動部２４は、位置座標の初期化後、移動完了通知信号をＰＣ２０に送信する。

移動完了通知を受信したＰＣ２０は、ステージ駆動部２４に所定信号を送信し、同様に電動ステージ６を撮像開始位置Ｓに移動させる（Ｓ６）。
ステージ駆動部２４は、撮像開始位置Ｓへのステージの移動完了を検出すると、ＰＣ２０にその旨を通知する。すると、ＰＣ２０はステージ駆動部２４に所定命令を送信し、ステージ駆動部２４は電動ステージ６を速度ｖでＸ（水平）方向に移動開始させる（Ｓ７）。

ステージの移動開始後、ステージ駆動部２４は、ステージ位置をエンコーダ出力によりトレースする（Ｓ８）。ステージ駆動部２４は、ステージの撮影位置ａへの到達を検出すると、その旨をＰＣ２０に通知する。

撮像位置ａへの到達通知を受信したＰＣ２０は、Ｉ／Ｆ部１３を介してＣＰＵ１４に露出時間等の撮影条件を送信すると、撮像動作が開始する。以下では、図８と併せて撮影中の各部の動作を説明する。

図８は、本実施形態における撮影中の各部の動作を説明するための図である。ＰＣ２０から撮像開始の指示を受けたＣＰＵ１４は、ステージの移動速度ｖと露光時間Ｔ_exを乗算し、露光中のステージ変位ΔＬ＝ｖ×Ｔ_exを算出する。

図８（ａ）において、露光開始位置をａ、露光終了位置をａ１で表すと、露光中のステージ変位ΔＬは、ａ−ａ１間の距離で表される。露光中のステージ変位ΔＬを算出したＣ
ＰＵ１４は、対物レンズ５とアダプタ２を含めた総合倍率Ｘ１に基づいて乗算演算を行い、距離Δｄ＝ΔＬ×Ｘ１を算出する。

それから、ＣＰＵ１４は、可動部４１に固定された固体撮像素子３３の位置をステージ移動と同方向に距離Δｄ移動させるための圧電素子４３の駆動電圧値Ｖ_dを算出する。そ
の後、ＣＰＵ１４は、駆動回路３７に所定信号を送信すると、駆動回路３７は圧電素子４３に電圧印加開始する（Ｓ９）。

そして、ＣＰＵ１４は、ＰＣ２０から指示された条件で撮影するための設定データを撮像素子駆動部３６へ送信すると、撮像素子駆動部３６は固体撮像素子３３を駆動させ、撮像レンズ３１からの入射光の光電変換を開始する（Ｓ１０）。

露光中ＣＰＵ１４は、図８（ｂ）に示すように、露光終了時に駆動電圧値Ｖ_dが圧電素子４３に印加された状態になるように駆動回路３７に信号を送信し、圧電素子４３に印加する電圧を徐々に変化させる。

印加電圧の変化に応じて圧電素子４３は伸張する結果、Ｘ結合部４２を介して、可動部４１は、図８（ｃ）に示すようにＸ方向に距離Δｄだけ変位する。このとき、可動部４１
に固定された固体撮像素子３３の位置は、観察視野領域Ａ内の観察対象部位（例えば、位置ａ）が相対的にずれない速度ｖ_cで変位する（Ｔ_ex＝ｖ／ΔＬ＝ｖ_c／Δｄ）。すなわち
、観察視野領域Ａ内における標本のそれぞれの位置（例えば、位置ａ）からの反射光は、ステージ及び固体撮像素子３３の移動中、常に固体撮像素子３３の受光面の同一位置で受光される。

ＣＰＵ１４は、図示しない内蔵タイマで時間計測し露光完了を検出（Ｓ１１）すると、固体撮像素子３３に蓄積された電荷をアナログ信号として取り出しつつ、駆動回路３７に所定信号を送信し圧電素子４３に印加した電圧Ｖ_dを０に戻す（Ｓ１２）。このとき圧電素子４３の伸張量はリセットされ、固体撮像素子３３も露光前の位置に戻る。

アナログ信号に変換された撮影画像信号は、ＣＤＳ／ＡＧＣ回路３４を通り、Ａ／Ｄ変換器３５によってディジタル信号の画像データに変換された後、画像処理部１２を通って各画像処理が施される。

画像処理部１２において画像処理された画像データは、Ｉ／Ｆ１３によりタイミング調整されてＰＣ２０にデータ転送される（Ｓ１３）。ＰＣ２０は、受信した画像データを表示部２２の画面上に表示させる（Ｓ１４）と同時に、図示しない記憶装置に画像データを格納する。

ＰＣ２０は、操作者の指示した全領域の撮影が完了したか否かを確認する処理を行う（Ｓ１５）。撮影が完了していないときには、ＰＣ２０は撮影位置情報を再度ＣＰＵ１４に送信すると、前述と同様な動作（Ｓ８〜Ｓ１４）が繰り返され、標本像が撮像される。本実施形態においては、位置ｂ，ｃについても位置ａと同様に撮影される。

ＰＣ２０は、操作者の指示した全撮影が完了したことを確認すると、ステージ駆動部２４に所定信号を送信して電動ステージ６を初期位置に戻す。このようにして、一連の動作が終了する。

本実施形態によれば、露光開始から露光完了までの期間において、標本を載せたステージの移動に対応して、観察視野領域内の観察対象部位が相対的にずれないような速度で撮像素子の位置が変位するため、露光中にステージを移動させても画像ぶれを生じることない。

また、ステージを移動させて標本の複数領域を連続的に撮影するとき、従来はステージを停止させて露光させていたため別途露光時間が必要であったが、本実施形態では露光のために撮影毎にステージを停止させる必要がないため、高速に撮影することができる。

また、ステージの加減速動作によって標本に力が加えられる状態を減らし、柔らかい標本や生細胞等へのダメージを低減することができる。また、従来の画素ずらし方式の撮影機構を用いて画素ぶれを防止することが可能であるため、装置構成を簡略にすることができる。

なお、本実施形態においては、複数の撮影領域がＸ（横）方向に並んでいる場合を例として示したが、図９に示すようにＹ（縦）方向に並んでいる場合も、前述と同様に撮像素子位置をＹ方向に移動させるように圧電素子を駆動することによって同様な効果を得ることができる。

さらにＸ、Ｙ任意位置の複数領域を撮像する場合も、ＸＹ両方向への圧電素子駆動を組み合わせることによって同様な効果を得ることができる。
＜第２の実施形態＞
第１の実施形態では、任意の移動速度でステージを移動させたが、本実施形態では、露出時間及び圧電素子の上限移動量に基づいて設定した移動速度でステージを移動させる顕微鏡システムについて説明する。

なお、本実施形態における顕微鏡システムの構成は、第１の実施形態と同様であるため説明を省略する。
図１０は、本実施形態における顕微鏡用撮像装置１０の動作のフローを示す。図１０では、図７のフローと同じ動作を行うところには、同一の符号を付している。また、本実施形態では、第１の実施形態と同様に水平方向（Ｘ方向）に並ぶ３つの視野領域（Ａ，Ｂ，Ｃ）を順に連続的に撮影する場合について述べる。

まず、操作者が顕微鏡用撮像装置１０に電源を入れてからＰＣ２０が画像処理用パラメータのデフオルトデータをＩ／Ｆ部１３を介してＣＰＵ１４に送信し、電動ステージ６を位置Ｓに移動させるまでの動作（Ｓ１〜Ｓ６）は、図７と同様であるため省略する。

ステージ駆動部２４は、位置Ｓへのステージの移動完了を検出してＰＣ２０に通知する。するとＰＣ２０は、固体撮像素子３３の最大変位量、すなわち、圧電素子４３が最大変位する上限電圧Ｖ_limを印加したときの可動部４１の変位上限ｄ_limと、操作者によって指示された露出時間Ｔexと、総合倍率Ｘ１とを乗除演算し、速度ｖ_max＝ｄ_lim／（Ｘ１×Ｔ_ex）を算出する。

その後、ＰＣ２０は、ステージ駆動部２４に所定命令を送信する。すると、ステージ駆動部２４は、電動ステージ６を速度ｖ_maxでＸ（横）方向に移動開始させる（Ｓ７ａ）。
ステージの移動開始後、ステージ駆動部２４がステージ位置をエンコーダ出力からトレースし、撮影位置への到達を検出した後、全撮影動作が完了するまでの動作（Ｓ８〜Ｓ１７）は図７と同様であるため省略する。ただし、露光中のステージ変位ΔＬはＬ_lim＝ｄ
_lim／Ｘ１、圧電素子４３の露光終了時の到達駆動電圧はＶ_limである。

このように、露出時間及び圧電素子の上限移動量に応じてステージ移動を可変、すなわち、ステージの移動速度ｖ＝ｖ_maxとすることにより、最高速度でステージを移動させることができる。

本実施形態によれば、露光中に圧電素子による変位上限量を越えない範囲で撮像素子の位置を変化させ、ステージを露光時間に応じた最高速度で移動させる。したがって、撮影時の画像ぶれを除去しつつ複数の領域をより短時間で連続撮影することができる。

なお、上記では、撮像素子の位置を圧電素子によって移動させる場合について述べたが、コイル等他のアクチュエータによって撮像素子を移動させることも可能である。コイルを圧電素子の代わりに用いた場合、圧電素子と比べて位置精度は劣るものの変位量がより大きくなるため、ステージをより高速に移動させ、より短時間で撮影することが可能となる。

さらにＸ、Ｙ任意位置の複数領域を撮像する場合も、ＸＹ両方向への圧電素子駆動を組み合わせることによって同様な効果を得ることができる。
なお、第１及び第２の実施形態においては、複数の撮影領域がＸまたはＹ方向に並んでいる場合を例として示したが、電動ステージをＺ（光軸方向）方向に移動させながら撮像する場合についても前述と同様に、撮像素子位置をＺ方向に移動させるように圧電素子を駆動することによって同様な効果を得ることができる。なお、このとき、可動部４１をＺ方向へ移動させるための圧電素子を設ける必要がある。

また、第１及び第２の実施形態においては、正立型顕微鏡を用いたが、倒立型顕微鏡を用いてもよい。また、第１及び第２の実施形態においては、標本の反射光を撮像素子で受光したが、透過光を受光してもよい。また、第１及び第２の実施形態においては、観察対象の標本を複数の観察領域に分割して該各観察領域を撮像する場合を例に説明したが、これに限定されない。すなわち、本発明は、複数枚のみならず一枚のみ撮影する場合にも適用できる。

なお、本発明は、上記第１及び２の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で随時変形して実施できる。
本発明によれば、顕微鏡用撮像装置においてステージ移動しつつ連続的に複数の画像を撮影するとき、標本を載せたステージの移動に対応して、露光中に撮像素子の位置を圧電素子等のアクチュエータによって観察視野領域内の観察対象物の位置が相対的にずれないような速度で変位させるため、観察者は、ぶれのない標本画像を短時間で取得することが可能となる。

第１の実施形態における顕微鏡システムの構成を示す。 第１の実施形態における顕微鏡用撮像装置の概略構成を示す。 第１の実施形態における撮像部１１の構成を示す。 第１の実施形態における変位部３２の概略構成を示す。 第１の実施形態における画像処理部１２の構成を示す。 第１の実施形態における観察視野領域及び撮影領域を模式的に示した図である。 第１の実施形態における顕微鏡用撮像装置１０の動作のフローを示す。 第１の実施形態における撮影中の各部の動作を説明するための図である。 第１の実施形態におけるＹ方向に並んだ観察視野領域及び撮影領域を模式的に示した図である。 第２の実施形態における顕微鏡用撮像装置１０の動作のフローを示す。

符号の説明

１ 顕微鏡
２ アダプタ
３ 投光管
４ レボルバ
５ 対物レンズ
６ 電動ステージ
７ 光源部
８ 標本
１０ 顕微鏡用撮像装置
１１ 撮像部
１２ 画像処理部
１３ Ｉ／Ｆ
１４ ＣＰＵ
１５ 制御バス
２０ ＰＣ
２１ 入力装置
２２ 表示部
３１ 撮像レンズ
３２ 変位部
３３ 固体撮像素子
３４ ＣＤＳ／ＡＧＣ回路
３５ Ａ／Ｄ変換器
３６ 撮像素子駆動部
３７ 駆動回路
４１ 可動部
４２ Ｘ結合部
４３，４５ 圧電素子
４４ Ｙ結合部
５１ ＲＧＢ変換部
５２ ＷＢ補正部
５３ 色マトリックス
５４ 階調補正部
５５ 輪郭強調部

Claims (7)

1. 標本が載置されたステージを移動させるステージ駆動部と、前記標本について観察された少なくとも１つの観察領域を撮像する撮像部と、前記撮像部の位置を変位させる撮像位置変位部とを含む顕微鏡システムを制御する制御装置であって、
   前記ステージを、前記撮像位置変位部の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される移動速度で移動させるように制御するステージ駆動制御手段と、
   前記撮像部の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像部の位置が変位するように前記撮像位置変位部を制御する撮像位置変位制御手段と、
   を備えることを特徴とする制御装置。
2. 前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像部の露光期間中に亘って、前記ステージの移動中、前記観察領域内の各位置からの反射光または透過光が前記撮像部の受光面の同一位置で受光されるように、前記撮像位置変位部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
3. 前記撮像部は、前記標本が複数の観察領域に分割された該各観察領域を撮像し、
   前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像部の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記分割された観察領域毎に前記撮像位置変位部を制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の制御装置。
4. 標本が載置されるステージと、
   前記ステージを移動させるステージ駆動手段と、
   前記標本について観察された少なくとも１つの観察領域を撮像する撮像手段と、
   前記撮像手段の位置を変位させる撮像位置変位手段と、
   前記ステージを、前記撮像位置変位手段の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される移動速度で移動させるように制御するとともに、前記撮像手段の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像手段の位置が変位するように前記撮像位置変位手段を制御する撮像位置変位制御手段と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡システム。
5. 前記撮像位置変位手段には、前記撮像手段の位置を変位させる変位部材として、圧電素子またはコイルが用いられている
   ことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
6. 前記撮像手段は、前記標本が複数の観察領域に分割された該各観察領域を撮像し、
   前記撮像位置変位制御手段は、前記撮像手段の撮像期間中に前記ステージの移動に対応して、前記分割された観察領域毎に前記撮像位置変位手段を制御する
   ことを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡システム。
7. 観察光軸の垂直方向に移動可能な撮像素子と、標本が載置され前記観察光軸の垂直方向に移動可能な移動ステージを備えた顕微鏡装置を用いて、前記標本全体を複数の観察領域に分割し、前記移動ステージを移動させて前記それぞれの観察領域にて画像を撮像する撮像方法において、
   前記移動ステージを、前記撮像素子の限界変位量、露光時間、及び撮像倍率に基づいて算出される移動速度で移動させ、
   前記移動ステージが前記それぞれの観察領域に達したとき、前記撮像素子の露光を開始させると共に、該移動ステージの移動に対応して、前記観察領域内の各位置が相対的にずれない速度で前記撮像素子を変位させ、
   前記露光の完了と共に、前記撮像素子の変位を解除して、該撮像素子から光電変換された電気信号を読み出して、前記それぞれの観察領域に対応する画像データを取得する
   ことを特徴とする撮像方法。

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