JP5336936B2 - 撮像装置及び顕微鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、撮像技術に関し、特に、標本の高速な経時変化の観察に好適である顕微鏡用の撮像装置の技術に関する。

生理学の分野において、標本の動態や、光学的あるいは電気的な刺激を与えたときの反応などを顕微鏡用の撮像装置を用いて観察し、その画像を記録する際に、標本の高速な経時変化を捉えたいという要求がある。このような要求に応えるために、撮像素子で光電変換によって発生する電荷を、その受光面の全領域の画素に亘って読み出すのではなく、その一部の領域のみの画素について読み出す部分読み出し機能を備えて、高フレームレート化を実現させた撮像装置がある。この部分読み出し機能は、パーシャルスキャン、サブアレイ読み出し、ＲＯＩ（Region Of Interest：興味領域）読み出しなどとも呼ばれている。

代表的な撮像素子として、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor：相補性金属酸化膜半導体）イメージセンサとＣＣＤ（Charge Coupled Device：電荷結合素子）イメージセンサとを挙げることができる。このうち、ＣＭＯＳイメージセンサは、受光面上の各画素で発生した電荷を、ＸＹアドレス方式で直接指定して出力させることができるので、部分読み出しを容易に実現可能である。一方、ＣＣＤイメージセンサは、その構造上、受光面上の各画素で発生した電荷を、ランダムアクセスして出力することは不可能であるが、その駆動方法を工夫することで、実質的な部分読み出しを可能としている。

このようなＣＣＤイメージセンサの部分読み出し手法に関して、幾つかの手法が従来から提案されている。

例えば特許文献１には、高速掃き出しを用いて行うＣＣＤイメージセンサの部分読み出しの技術について記載がされている。通常読み出しでは、撮像素子上の水平方向１ライン分の電荷転送が終了したときに、撮像素子を垂直方向に１ライン分シフトするのであるが、高速掃き出しは、このときに複数ライン分のシフトを行い、当該複数ライン分の電荷を混合して掃き出すというものである。この技術では、例えばＲＯＩである、部分読み出しを行う領域では通常読み出しを行い、それ以外の領域では高速掃き出しを行うことで、ＲＯＩでない領域の読み出し時間を短縮して、フレームレートの向上を実現させる。

また、例えば特許文献２には、フレームレートを向上させる、ＣＣＤイメージセンサからの映像信号の読み出しの技術が提案されている。この技術は、ある画像１フレーム分の電荷を出力し終える前に、次のフレームについての電荷の出力を行わせるようにして、通常読み出しよりも少ない水平走査線数となる垂直同期信号の周期で読み出しを行うというものである。

また、例えば特許文献３には、フレームレートを向上させる、ＣＣＤイメージセンサからの画素データの出力速度の高速化の技術が開示されている。この技術は、ＣＣＤイメージセンサ上の水平方向１ライン分の電荷が全て転送される前に、ＣＣＤイメージセンサの垂直方向のシフトを行い、不要領域の電荷を混合してしまうというものである。

特開２００４−１０４５６１号公報 特開２００４−３０４６５２号公報 特開２００８−３５３９１号公報

例えば、ユーザが標本の動態を詳細に観察し、その画像を記録するために、当該標本の画像を、ユーザ所望のフレームレートで撮像を行う場合を想定する。このときにおいて、当該所望のフレームレートが、全画素読み出し動作（撮像素子の受光面の全領域の画素に亘る読み出し動作）時におけるフレームレートよりも高い場合には、部分読み出し機能を用いて当該所望のフレームレートを実現することは可能である。しかし、部分読み出し領域とフレームレートとの関係は、例えば撮像素子の種類やその駆動方法などといった、装置の構成及び動作に依存する。このため、ユーザは、部分読み出し機能を用いて実際に撮影を行わないと、当該のフレームレートで撮像を行うことが可能であるかどうかを知ることができない。

例えば、画素数が１３６０［pixel ］（水平）×１０２４［pixel ］（垂直）で、１水平ラインの転送周期が６４［μsec ］であるＣＣＤイメージセンサを撮像素子として顕微鏡用撮像装置を想定する。この撮像装置から露出時間１０［ｍsec ］で３２［bit ］のＲＡＷ画像（生データ画像）を出力する場合、１フレームの画像の読み出しに必要な時間は約６６［ｍsec ］となるので、そのフレームレートは最大１５［fps ］となる。

一方、このＲＡＷ画像における、例えば１３６０［pixel ］（水平）×３００［pixel ］（垂直）の部分領域を、高速掃き出しによる部分読み出し（掃き出しライン数を７とする）で出力する場合を考える。詳細は後述するが、この場合、１フレームの画像の読み出しに必要な時間は約２６［ｍsec ］となり、そのフレームレートは最大３８［fps ］になる。

また、この顕微鏡用撮像装置で撮像した画像データのＰＣへの転送に、例えばシリアルバス規格のひとつであるＵＳＢ（Universal Serial Bus）規格におけるＵＳＢ２．０（転送速度：約４８０Ｍｂｐｓ）を用いる場合を想定する。この場合には、転送路の転送速度により、ＲＡＷ画像のフレームレートが最大１０［fps］に制限され、また、前述した部分読み出しを用いた場合には、画像のフレームレートは最大３６［fps ］に制限される。

このように、画像撮像時の各種の条件を表している撮像パラメータには、フレームレートと部分読み出し領域のサイズとの関係のように、相互に関係しているものがある。従って、例えば、ある撮像パラメータをユーザの希望に応じて固定すると、そのために他の撮像パラメータの設定可能範囲が制約される場合がある。このように、相互に関係している撮像パラメータ間には、拘束条件が存在する場合がある。

また、前述したように、この拘束条件は、例えば撮像素子の種類、撮像素子からの蓄積電荷の読み出しの方法、画像データ転送路の転送速度などといった、装置構成に依存するため、設定可能な撮像パラメータの組み合わせをユーザが撮像前に予測することは難しい。このため、ユーザは、撮像装置に対して所望の撮像条件、あるいは、それに最も近い撮像条件の設定を見出すまでに、複数の撮像パラメータの調整と撮像の実行（試し撮り）とをユーザが繰り返す必要があり、多大な手間をかけて撮像条件の設定を行っていた。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、撮像装置に対し、相互関係のある撮像パラメータを効率良く設定できるようにすることである。

本発明の態様のひとつである撮像装置は、所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該撮像素子の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、を有し、該撮像制御手段は、該撮像素子を制御して、該観察像の画像のうちの該受光面の一部の領域についての画像である興味領域画像を撮像させ、該複数の撮像パラメータのうちのひとつは、該興味領域画像に表される像が結像する受光面上の領域を特定するパラメータである、ことを特徴とするものである。

なお、このとき、該複数の撮像パラメータのうちのひとつは、該撮像素子が該興味領域画像を撮像するときのフレームレートを特定するパラメータ、若しくは、該撮像素子が該興味領域画像を撮像するときの露出時間を特定するパラメータであるように構成することができる。

また、本発明の別の態様のひとつである撮像装置は、所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該撮像素子の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、該設定手段が取得していた撮像パラメータの入力のうち、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲外となった指定値を、該範囲内の値に調整する調整手段と、を有することを特徴とするものである。

なお、このとき、該調整手段による調整が、該撮像素子が該観察像の画像を撮像するときの露出時間を特定するパラメータに対するものであって、該露出時間を短縮するものであった場合に、該露出時間の短縮化に起因する、該撮像素子による該観察像の画像の撮像時の光量不足を補償する光量不足補償手段を更に有するように構成することができる。

なお、このとき、該光量不足補償手段は、該標本への照明光の光量を増加させることによって、若しくは、該撮像素子が撮像した画像に対し該画像の輝度を高める画像処理を施すことによって、該光量不足を補償するように構成することができる。

また、本発明の更なる別の態様のひとつである撮像装置は、所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該撮像素子の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、該撮像素子に入射する光束と該撮像素子との相対位置を複数の所定の位置に所定の順序で移動させる画素ずらし手段と、を有し、該撮像制御手段は、該相対位置が該複数の所定の位置のいずれかにある場合に該光束が該撮像素子の受光面に結像させている該観察像の画像を該撮像素子に撮影させ、該撮像制御手段が該撮像素子に撮像させて得られた複数の画像を合成して、該画像よりも解像度を高くした該観察像の高解像度画像を生成する高解像度画像生成手段を有し、該指定可能範囲変更手段は、該撮像素子が該観察像の画像を撮像するときのフレームレートを特定するパラメータの指定可能範囲を変更する場合には、該優先パラメータに基づくと共に、該画素ずらし手段による該相対位置の移動に要する時間に基づいて、該指定可能範囲を変更する、ことを特徴とするものである。

本発明の別の態様のひとつである顕微鏡システムは、標本の顕微鏡像を得る顕微鏡と、該顕微鏡像の画像を撮像する撮像装置と、を有しており、該撮像装置が、所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該顕微鏡像である、該撮像素子の受光面に結像した観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、該設定手段が取得していた撮像パラメータの入力のうち、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲外となった指定値を、該範囲内の値に調整する調整手段と、を有することを特徴とするものである。

本発明によれば、以上のようにすることにより、撮像装置に対し、相互関係のある撮像パラメータを効率良く設定できるという効果を奏する。

本発明を実施する撮像装置を含む顕微鏡システムの構成の第一の例を示す図である。 同期信号生成部が生成する同期信号とＴＧが生成するＣＣＤイメージセンサの駆動信号との関係を示すタイムチャートである。 撮像パラメータ間の拘束関係を模式的に示した図である。 表示部での表示画面の第一の例を示す図である。 撮像条件設定処理の処理内容を示すフローチャートである。 撮像条件導出・調整処理の第一の例の処理内容を示すフローチャートである。 撮像条件導出・調整処理の第二の例の処理内容を示すフローチャートである。 本発明を実施する撮像装置を含む顕微鏡システムの構成の第二の例を示す図である。 表示部での表示画面の第二の例を示す図である。 本発明を実施する撮像装置を含む顕微鏡システムの構成の第三の例を示す図である。 画素ずらし動作により得られる画像の合成処理を説明する図である。 画素ずらし動作時における各信号の関係を示すタイムチャートである。

本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。但し、これより提示する実施形態は、本発明の技術思想を具体化するための撮像装置を例示するものに過ぎないものであって、本発明の実施形態を以下のもののみに限定するものではない。

なお、各図面において、同一の機能を有する要素には同一符号を付すようにして、その繰り返しの説明を省略する。

本実施形態では、撮像素子としてＣＣＤイメージセンサを使用し、ＣＣＤイメージセンサの部分読み出しの手法として、前掲した特許文献１に記載の高速掃き出しを用いる顕微鏡用撮像装置を一例として説明する。但し、ＣＣＤイメージセンサの部分読み出しの手法として、高速掃き出し以外の他の手法を用いて本発明を実施することも可能である。また、撮像素子として、例えば、部分読み出しを容易に行えるＣＭＯＳイメージセンサを用いて本発明を実施することも可能である。

まず図１について説明する。図１は、本発明を実施する撮像装置を含む顕微鏡システムの構成の第一の例を示している。

図１において、顕微鏡１は、三次元方向に移動可能なステージと対物レンズとが対峙して配置されている。このステージ上には、標本が載置されており、この標本の観察像を、対物レンズを介して接眼レンズで肉眼観察できると共に、この標本の観察像（顕微鏡像）を撮像装置２により撮像することができる。

撮像装置２は、撮像素子３、タイミングジェネレータ（ＴＧ）４、前置処理部（アナログフロントエンド：ＡＦＥ）５、同期信号生成部６、システム制御部７、画像処理部８、及びデータ転送部９を備えており、コンピュータ（ＰＣ）と接続されている。このコンピュータは、プログラム１１に従い動作する計算機１０と、表示部１２及び入力部１３とを備えている。なお、同期信号生成部６、システム制御部７、画像処理部８、及びデータ転送部９は、いずれもバス（ＢＵＳ）に接続されており、システム制御部７の管理の下で各種のデータを相互に授受することができる。

ＣＣＤイメージセンサである撮像素子３は、その受光面に結像している、不図示である標本の顕微鏡１での観察像の画像を撮像し、得られた画像を表している電気信号をＡＦＥ５へ出力する。

ＴＧ４は、同期信号生成部６が生成する垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤに同期した所定のタイミングで撮像素子３及びＡＦＥ５を駆動するための駆動信号発生器である。具体的には、ＴＧ４は、撮像素子３の垂直方向の電荷転送路を駆動する垂直転送クロックＶφ、水平方向の電荷転送路を駆動する水平転送クロックＨφ、撮像素子３の出力アンプをリセットさせるリセットゲート信号ＲＧ等を、撮像素子３の駆動信号として出力する。また、ＴＧ４は、撮像素子３の受光面上に並べられている受光素子が発生させて蓄積した電荷を半導体基板に強制排出すると共に、その電荷蓄積を停止させる電子シャッタパルスＳＵＢ（以下ＳＵＢパルス）を生成する。ＴＧ４は、このＳＵＢパルスの出力期間によって撮像素子３での撮像における露出時間（露光時間）の制御を行う。また、ＴＧ４は、撮像素子３における蓄積電荷の読み出し方式（全画素読み出しモード、部分読み出しモード、画素加算（ビニング）モードなど）の選択を指示する制御信号をシステム制御部７から受け取ると、指示された方式に応じた駆動信号を出力する。更に、ＴＧ４は、ＡＦＥ５の駆動信号として、相関二重サンプリング用クロックやＡ／Ｄ変換用クロックなどを出力する。

ＡＦＥ５は、撮像素子３から出力された電気信号を受け取り、アナログ信号である当該電気信号に対し相関二重サンプリングによるノイズ成分除去やレベル調整を施した後、Ａ／Ｄ変換（アナログ−デジタル変換）を行う。そして、撮像素子３が撮像した画像を表しているデジタルデータである画像データを画像処理部８に出力する。なお、ＡＦＥ５はＴＧ４から前述した駆動信号を受け取ると共に、レベル調整における調整値をシステム制御部７から、また、同期信号を同期信号生成部６から、それぞれ受け取る。

同期信号生成部６は、垂直同期信号ＶＤ及び水平同期信号ＨＤを生成して、ＴＧ４、ＡＦＥ５、システム制御部７、及び画像処理部８へ出力する。ここで、垂直同期信号ＶＤの周期は、システム制御部７から出力されるＶＤ周期設定値に基づいて設定される。また、垂直同期信号ＶＤの周期は、システム制御部７から指示される、撮像素子３における蓄積電荷の読み出し方式に応じて設定され、例えば部分読み出しモードでは、部分読み出し領域の範囲（位置及びサイズ）に応じて設定される。

システム制御部７は、計算機１０からデータ転送部９を介して送られてくる、撮像条件（読み出し方式、垂直同期信号周期、露出時間、部分読み出し領域など）の指示を受け取ると、その指示に係る読み出し方式をＴＧ４及び同期信号生成部６に通知する。また、システム制御部７は、ＶＤ周期設定値と、撮像条件の指示に係る露出時間とより、ＳＵＢパルスの出力期間を導出してＴＧ４に設定すると共に、レベル調整の調整値をＡＦＥ５に設定する。

以上のＴＧ４、ＡＦＥ５、同期信号生成部６、及びシステム制御部７により、所定の撮像条件の下で撮像素子３を制御して、撮像素子３の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御部が構成されている。

画像処理部８はＡＦＥ５から出力された画像データで表されている画像に対し、ノイズリダクションや階調補正などといった画像処理を施した上で、データ転送部９へ出力する。

データ転送部９は、プログラム１１に従い動作している計算機１０より出力される撮像条件を、システム制御部７に転送する。また、画像処理部８にて画像処理が施された画像データを受け取ると、計算機１０へ転送する。

計算機１０は、演算処理装置であり、プログラム１１に従って動作する。計算機１０は、プログラム１１を実行することにより、ユーザが入力部１３に入力した各種の指示の取得、撮像条件のデータ転送部９への転送や、データ転送部９から転送されてきた画像データで表されている画像の表示部１２での表示などの各種制御処理を行う。この制御処理には、後述する複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて撮像条件を決定して撮像制御部に設定する設定処理や、後述する指定可能範囲変更処理及び表示制御処理などもある。

プログラム１１は不図示の記憶装置に記憶されている。計算機１０は、このプログラム１１を記憶装置から読み出して実行することにより、各種の制御動作処理が実現可能になる。

表示部１２は例えば液晶ディスプレイ装置であり、計算機１０が撮像装置２から受け取った画像データで表されている画像の表示や、後述する撮像パラメータの指定可能範囲の表示などを行う。

入力部１３は、例えばマウス装置等のポインティングデバイスやキーボード装置であり、ユーザが操作することによって当該操作に対応付けられている、ユーザからの各種の指示の入力を取得して計算機１０に転送する。

次に、撮像素子３に画像の撮像を行わせるときの撮像条件の幾つかを決定する基礎となる撮像パラメータである、読み出し領域、フレームレート、垂直同期信号周期、及び露出時間の相互関係について説明する。これらの撮像パラメータは、ユーザが入力部１３に対して入力するものであり、計算機１０は、プログラム１１に従い、入力されたこれらの撮像パラメータに基づいて撮像条件を決定する。撮像条件の決定結果は、計算機１０からデータ転送部９を介して撮像装置２の撮像部へと送られる。

ここで図２について説明する。図２は、同期信号生成部６が生成する同期信号と、ＴＧ４が生成する撮像素子３であるＣＣＤイメージセンサの駆動信号との関係を示すタイムチャートである。

図２において、（ａ）は、蓄積電荷の読み出し方式として全画素読み出しモードを選択した場合におけるＣＣＤイメージセンサの駆動信号のタイムチャートである。この（ａ）のタイムチャートは、上段から順に、垂直同期信号ＶＤ、水平同期信号ＨＤ、垂直転送クロックＶφ、及び電子シャッタパルスＳＵＢをそれぞれ示している。

垂直転送クロックＶφは、電圧の高いほうからＶＨ、ＶＭ、及びＶＬの３値を採り得る信号である。ここで、ＣＣＤイメージセンサにＶＨを印加する度に、受光素子で発生して蓄積された電荷が垂直転送路（垂直方向の電荷転送路）に転送される。また、ＣＣＤイメージセンサにＶＭとＶＬとを交互に印加する度に、その電荷が順次水平転送路（水平方向の電荷転送路）に転送される。

また、ＳＵＢパルスを出力しない期間（図中の「ＥＸＰ」の期間）は、ＣＣＤイメージセンサの受光面に並べられている受光素子への入射光の強度に応じて当該受光素子が発生させた電荷を蓄積する期間である。従って、このＥＸＰの期間の長さを変更することによって、ＣＣＤイメージセンサでの撮像における露出時間の制御を行うことができる。

図２において、（ｂ）及び（ｃ）は、蓄積電荷の読み出し方式として部分読み出しモードを選択した場合におけるＣＣＤイメージセンサの駆動信号のタイムチャートである。ここで、（ｂ）に示されている期間「Ａ」は高速掃き出し動作時を示しており、期間「Ｂ」は通常掃き出し動作時を示している。また、（ｃ）は、この期間Ａ（高速掃き出し動作時）における水平同期信号ＨＤと垂直転送クロックＶφとの関係を拡大して示している。ＣＣＤイメージセンサでは、この期間Ａにおいては、水平転送路上の１ライン分の電荷転送が終了した後に、Ｎライン分（Ｎ＞１）の電荷を垂直転送路から水平転送路に転送して混合する動作が行われる。

まず、蓄積電荷の読み出し方式として全画素読み出しモードが選択された場合におけるＣＣＤイメージセンサの動作について説明する。

まず、受光面に並べられている受光素子が発生させて蓄積された電荷は、垂直転送路と水平転送路とにより、順次出力アンプへと送られる。出力アンプでは、送られてきた電荷を、その電荷量に比例した電圧に変換して、逐次的に出力する。一方、垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰは、１フレーム分の画像を構成する全画素の電荷を出力するのに要する時間（読み出し時間）である。従って、全画素読み出しモードが選択されている場合、垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰ［sec ］は、水平同期信号ＨＤの周期ＨＤＰ［sec ］と水平走査ライン数（ＣＣＤイメージセンサの垂直方向の画素数）Ｈとの積、すなわち下記の［１］式により求められる。

ＶＤＰ＝Ｈ×ＨＤＰ………［１］

次に、フレームレートＦＲ［fps ］は、図２に示すような、露出時間ＥＸＰが垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰより短い場合には、この周期ＶＤＰの逆数であり、下記の［２］式により求められる。

ＦＲ＝１／ＶＤＰ………［２］

ところが、露出時間ＥＸＰが垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰよりも長い場合には、露出時間が垂直同期信号ＶＤの複数周期に跨ることになる。この場合の、フレームレートＦＲは、下記の［３］式により求められる。

ＦＲ＝１／｛ＶＤＰ×ceil（ＥＸＰ／ＶＤＰ）｝………［３］

なお、上記式［３］において、関数ceil（Ｘ）は、Ｘ以上の値のうちで最も小さい整数を求める関数である。

まず、蓄積電荷の読み出し方式として部分読み出しモードが選択された場合におけるＣＣＤイメージセンサの動作について説明する。

前述したように、部分読み出しモードの選択時には、ＣＣＤイメージセンサは、部分読み出し領域以外のラインについては、Ｎライン分（Ｎ＞１）の電荷を垂直転送路から水平転送路に転送して混合する高速掃き出し動作を行う。従って、部分読み出しモードの選択時における垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰは、全画素読み出しモードの選択時のものよりも短くなる。

ここで、垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰと、ＲＯＩの高さ（ＣＣＤイメージセンサにおける矩形であるＲＯＩの垂直方向の画素数）ＲＨとの間には、下記の式［４］の関係を有している。

ＶＤＰ＝｛ＲＨ＋ceil（Ｈ−ＲＨ）／Ｎ）｝×ＨＤＰ………［４］

なお、部分読み出しモードの選択時におけるフレームレートＦＲは、全画素読み出しモードの選択時におけるものと同様に、露出時間ＥＸＰと垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰとの大小関係に応じて、上記の式［３］若しくは式［４］により求められる。

以上の式［２］、式［３］、及び式［４］から分かるように、部分読み出しモードの選択時におけるフレームレートＦＲは、ＲＯＩの高さＲＨ及び露出時間ＥＸＰに依存している。その一方、このフレームレートＦＲは、ＲＯＩの幅（ＣＣＤイメージセンサにおける矩形であるＲＯＩの水平方向の画素数）やその位置には依存していない。

このように、上述した撮像パラメータ間には、ある撮像パラメータの値を決定すると、他の撮像パラメータの指定可能範囲の最大値が決まってしまい、その指定可能範囲の上限を制限するという関係がある。この撮像パラメータ間の関係（「拘束関係」と称することとする）を模式的に示した図が図３である。

図３において、例えばフレームレートＦＲの値を最初に決定した場合を考える。

この場合、フレームレートＦＲの値が決まると、式［２］に基づき垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰの値が特定される。この値をＶＤＰfrとする。

決定したフレームレートＦＲの値で画像の撮像を行うには、露出時間ＥＸＰを、ＶＤＰfr内に抑えなければならいない。つまり、ＶＤＰfrが、設定可能な露出時間ＥＸＰの最大値となる。

更に、式［４］に基づき、ＲＯＩ高さＲＨの値がＶＤＰfrから特定される。この値が、ＲＯＩ高さＲＨの最大値となる。

このように、フレームレートＦＲの値が決まると、露出時間ＥＸＰ及びＲＯＩ高さＲＨの設定可能範囲の上限が制限される。

次に、例えば、ＲＯＩ高さＲＨの値を最初に決定した場合を考える。

この場合、式［４］に基づき、垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰの値が特定される。この値をＶＤＰroi とする。このとき、露出時間ＥＸＰは、ＶＤＰroi 内に抑えなければならない。つまり、ＶＤＰroi が、設定可能な露出時間ＥＸＰの最大値となる。

更に、式［２］に基づき、フレームレートＦＲの値がＶＤＰroi から特定される。この値が、ＲＯＩ高さＲＨの前述した値を実現するために設定可能な最大値となる。

このように、ＲＯＩ高さＲＨの値が決まると、露出時間ＥＸＰ及びフレームレートＦＲの設定可能範囲の上限が制限される。

次に、例えば、露出時間ＥＸＰの値を最初に決定した場合を考える。

この場合、この露出時間ＥＸＰの値が、垂直同期信号ＶＤの周期ＶＤＰの最小値となる。この値をＶＤＰexp とする。

更に、式［２］に基づき、設定可能なフレームレートＦＲの最大値がＶＤＰexp から決まり、更に、式［４］に基づき、設定可能なＲＯＩ高さＲＨの最大値がＶＤＰexp から決まる。

このように、露出時間ＥＸＰの値が決まると、フレームレートＦＲ及びＲＯＩ高さＲＨの設定可能範囲の上限が制限される。

以上のように、露出時間ＥＸＰ、フレームレートＦＲ、及びＲＯＩの高さＲＨの各撮像パラメータは、相互間で拘束関係を有している。

次に、表示部１２での撮像パラメータの表示手法について、図４を用いて説明する。図４は、表示部１２での表示画面の第一の例を示している。

図４の画面例は、入力部１３と協働してグラフィカル・ユーザ・インタフェース（Graphical User Interface：以下、「ＧＵＩ」と称する）を提供する。

なお、図４の画面例における入力欄、ボタン、トラックバー等の各ＧＵＩ部品の配置、形状、表示方法、サイズ、配色等は適宜変更可能である。また、例えば、観察像の表示用エリアと撮像パラメータの設定用エリアとを別ウィンドウで表示させる、あるいは、複数の画面を同一ウィンドウ内で表示する等、ＧＵＩの構成も適宜変更可能である。

図４の画面例は、撮像された観察像の画像を表示する表示ウィンドウ４１と、撮像パラメータの設定に使用する設定ボックス４２とより構成されている。

表示ウィンドウ４１内に表されている枠５２と破線５３及び５４とは、それぞれ、ＲＯＩと、そのＲＯＩの設定可能な上限及び下限とを表している。後述するＲＯＩ撮影では、重畳表示されている観察像のうち、この枠５２内の領域についての画像（ＲＯＩ画像）の撮像が行われる。ここで、枠５２の位置及びサイズの指定、すなわちＲＯＩの位置及びサイズの指定は、ユーザが入力部１３を操作することで変化させることができるが、その指定は、破線５３及び５４で表示される領域の範囲内でのみ変更可能である。このように、枠５２と破線５３及び５４とは、撮像パラメータのうちのひとつであるＲＯＩの設定に利用される。

設定ボックス４２内には、撮像モード選択コンボボックス４３、設定モード選択コンボボックス４４、解像度選択コンボボックス４５、ＲＯＩ座標ラベル５０、及びＲＯＩサイズラベル５１と、各撮像パラメータの設定用の各ＧＵＩ部品とが備えられている。

撮像モード選択コンボボックス４３は、ライブ、静止画、タイムラプス等の撮像モードの選択に使用される。

設定モード選択コンボボックス４４は、露出時間、ＲＯＩ、及びフレームレートの各撮像パラメータのうち、その設定値を優先して指定するものの選択に使用される。設定モード選択コンボボックス４４で選択された撮像パラメータ（「優先パラメータ」と称することとする）以外のパラメータは、優先パラメータの設定値に基づき、指定可能範囲に制限が加えられる。

解像度選択コンボボックス４５は、観察像の解像度の選択に使用される。なお、解像度選択コンボボックス４５での解像度の選択肢は、全画素、ビニング、画素ずらし、部分読み出し等の、撮像素子３における蓄積電荷の読み出し方式に応じて決定される。

撮像パラメータのうちのひとつである、露出時間ＥＸＰの設定用には、露出時間設定トラックバー４６、露出時間ラベル４７、最長露出時間ラベル４８、及び最短露出時間ラベル４９が設定ボックス４２内に備えられている。

露出時間設定トラックバー４６は、露出時間の設定値の指定に使用され、露出時間ラベル４７には、指定された露出時間の設定値が表示される。また、最長露出時間ラベル４８及び最短露出時間ラベル４９には、露出時間設定トラックバー４６により指定可能な露出時間の設定値の上限値及び下限値が、それぞれ表示される。ユーザによる露出時間の設定値の指定は、最長露出時間ラベル４８及び最短露出時間ラベル４９として表示される上下限値の範囲内でのみ変更可能である。

ＲＯＩ座標ラベル５０及びＲＯＩサイズラベル５１には、枠５２の表示ウィンドウ４１上での位置及びサイズによって特定される、撮像素子３の受光面上におけるＲＯＩの位置を示すＸＹ座標値及びサイズが、それぞれ表示される。なお、図４の画面例では、ＲＯＩ座標ラベル５０として、Ｘ座標が「１１６」であり、Ｙ座標が「２４９」であると表示されており、ＲＯＩサイズラベル５１として、幅が「４１９」であり、高さ（ＲＨ）が「３４７」であると表示されている。

撮像パラメータのうちのひとつである、フレームレートＦＲの設定用には、フレームレート設定トラックバー５５、フレームレートラベル５６、最高フレームレートラベル５７、及び最低フレームレートラベル５８が設定ボックス４２内に備えられている。

フレームレート設定トラックバー５５は、フレームレートの設定値の指定に使用され、フレームレートラベル５６には、指定されたフレームレートの設定値が表示される。また、最高フレームレートラベル５７及び最低フレームレートラベル５８には、フレームレート設定トラックバー５５により指定可能なフレームレートの設定値の上限値及び下限値が、それぞれ表示される。ユーザによるフレームレートの設定値の指定は、最高フレームレートラベル５７及び最低フレームレートラベル５８として表示される上下限値の範囲内でのみ変更可能である。

このように、図４の画面例では、撮像素子３がＲＯＩ画像を撮影するときにおける、フレームレートＦＲ及び露出時間ＥＸＰと、ＲＯＩ画像に表される像が結像する撮像素子３の受光面のＲＯＩを特定するパラメータとの各撮像パラメータが表示される。また、この画面例では、これらの各撮像パラメータの設定値についての指定可能範囲が表示される。

次に、計算機１０により行われる撮像条件設定処理について、図５を参照しながら説明する。図５は、この撮像条件設定処理の処理内容を示すフローチャートである。計算機１０は、プログラム１１を実行することにより、この撮像条件設定処理を行えるようになる。

図５において、まず、Ｓｔｅｐ１では、撮像条件の初期値の設定及び表示の処理が行われる。

この処理では、撮像条件の初期値（撮像モード：「ライブ撮影」、読み出し方式：「全画素読み出し」、垂直同期信号周期：式［１］より算出される「全画素読み出し」による「ライブ撮影」時のＶＤＰ）をシステム制御部７に送信する。システム制御部７は、この初期値を受信すると、ＴＧ４に対しては撮像モードと読み出し方式とを設定し、同期信号生成部６に対しては垂直同期信号周期ＶＤＰを設定して、撮像素子３による、受光面全体に亘る画像の撮像を開始させる。

また、この処理では、撮像された標本の顕微鏡１での観察像の画像と撮像条件の初期値とを表示部１２で表示させる表示処理も行われる。この表示処理により、図４の画面例における表示ウィンドウ４１には、観察像と、ＲＯＩを表している枠５２とが表示される。但し、このときの枠５２は、表示ウィンドウ４１に表示される画像全体を囲むように表示され、ＲＯＩが「全視野」に設定されていることを表している。

次に、Ｓｔｅｐ２において、撮像素子３における蓄積電荷の読み出し方式として、ＲＯＩ内の画像の撮像時に用いられる部分読み出しが選択されたか否かを判定する処理が行われる。なお、図４の画面例をＧＵＩとして使用している場合には、この判定は、解像度選択コンボボックス４５において、撮像素子３における蓄積電荷の読み出し方式として部分読み出し方式を用いたときの観察像の解像度が選択されたか否かによって行われる。

このＳｔｅｐ２の判定処理において、部分読み出しが選択されたと判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）には、Ｓｔｅｐ３に処理を進める。一方、このＳｔｅｐ２の判定処理において、部分読み出しが選択されなかった（読み出し方式の選択が変更されなかった）と判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓｔｅｐ４に処理を進める。

Ｓｔｅｐ３では、撮像素子３を制御して、撮像素子３における蓄積電荷の読み出し方式として、部分読み出しによる蓄積電荷の読み出しを行わせ、ＲＯＩ内の画像（ＲＯＩ画像）を撮像させる（ＲＯＩ撮影）処理が行われる。

この処理では、複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて撮像条件を決定して前述の撮像制御部に設定する設定処理が行われる。すなわち、計算機１０は、まず、この処理の実行時点において図４の画面上で指定されているＲＯＩの位置及びサイズ、露出時間ＥＸＰ、並びにフレームレートＦＲを、ユーザからの撮像パラメータの入力として取得する。次に、このうちの露出時間ＥＸＰ及びフレームレートＦＲに基づき、前掲の［２］式若しくは［３］式により垂直同期信号周期ＶＤＰを算出する。そして、取得したＲＯＩの位置及びサイズ並びに露出時間ＥＸＰと、算出した垂直同期信号周期ＶＤＰとを、撮像条件としてシステム制御部７に送信する。システム制御部７は、この初期値を受信すると、ＴＧ４に対しては撮像モード（ここでは「ライブ撮影」）と上記の撮像条件との設定を行い、同期信号生成部６に対しては上記の垂直同期信号周期ＶＤＰの設定を行う。すると、撮像素子３は、標本の顕微鏡１での観察像の画像のうちの受光面の一部の領域（ＲＯＩ）についての画像である興味領域画像（ＲＯＩ画像）の撮像を行う。

このＳｔｅｐ３のＲＯＩ撮影処理が完了すると、図５の処理が終了する。

一方、Ｓｔｅｐ４では、ユーザによる入力部１３に対する操作によって、表示部１２に表示されている各撮像パラメータのうちの優先パラメータの設定値についての指定が変更されたか否かを判定する処理が行われる。なお、図４の画面例をＧＵＩとして使用している場合には、優先パラメータは、前述したように、設定モード選択コンボボックス４４を使用して選択されている撮像パラメータである。ここで、優先パラメータの設定値についての指定が変更されたと判定されたとき（判定結果かＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ５に処理を進める。一方、優先パラメータの設定値についての指定は変更されていないと判定されたとき（判定結果かＮｏのとき）にはＳｔｅｐ２に処理を戻して前述した処理が再度実行される。

次に、Ｓｔｅｐ５では、撮像条件導出・調整処理が行われる。この処理では、まず、Ｓｔｅｐ４の処理で設定値についての指定の変更が検出された優先パラメータと拘束関係を有している撮像パラメータの指定可能範囲を、当該優先パラメータの指定変更結果に基づいて変更する指定可能範囲変更処理が行われる。そして、撮像パラメータのうち、この時点で指示されていた設定値が、この指定可能範囲変更処理による変更後の指定可能範囲外となってしまったものについて、その設定値を当該範囲内に収まるように調整する調整処理が行われる。

なお、この撮像条件導出・調整処理は、優先パラメータの選択内容により、異なる処理が行われる。この処理の詳細については後述する。

次に、Ｓｔｅｐ６では、表示部１２で表示中の図４の画面における各撮像パラメータの設定値の指定可能範囲と、各撮像パラメータの設定値とを、Ｓｔｅｐ５での処理結果による変更後のものに更新して表示させる表示制御処理が行われる。この表示制御処理を終えた後には、Ｓｔｅｐ２に処理を戻して前述した処理が再度実行される。

以上までの処理が、撮像条件設定処理である。

次に図６について説明する。図６は、図５のＳｔｅｐ５の処理である、撮像条件導出・調整処理の第一の例の処理内容を示すフローチャートである。この第一の例は、ＲＯＩを特定するパラメータが、優先パラメータとして設定モード選択コンボボックス４４で選択されている場合に実行される処理である。

なお、ＲＯＩを特定するパラメータが、優先パラメータとして選択されている場合には、前述した図５のＳｔｅｐ１で実行される表示処理において、各トラックバーの両端に表示されるラベルとして、この場合における値が表示される。すなわち、最高フレームレートラベル５７には、前掲した式［１］及び式［２］より求まる、「全画素読み出し」による「ライブ撮影」時のフレームレートＦＲが表示され、最低フレームレートラベル５８には、撮像装置２の仕様により定まる値が表示される。また、最長露出時間ラベル４８には、設定されているフレームレートＦＲから式［２］より求まるＶＤＰ（すなわち、前述したＶＤＰfr）が表示され、最短露出時間ラベル４９には、撮像装置２の仕様により定まる値がそれぞれ表示される。

以下、図５のＳｔｅｐ４において、ユーザが入力部１３を操作して、ＲＯＩ枠５２の変更、又は、ＲＯＩ座標ラベル５０若しくはＲＯＩサイズラベル５１の設定値の変更を行って、ＲＯＩについての撮像パラメータを変更した場合における、図６の処理を説明する。

まず、Ｓｔｅｐ１１では、変更された撮像パラメータが、ＲＯＩ領域の高さＲＨであったか否かを判定する処理が行われる。ここで、ＲＯＩ領域の高さＲＨが変更されたと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ１２に処理を進め、ＲＯＩ領域の高さＲＨは変更されていないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）にはＳｔｅｐ１８に処理を進める。

Ｓｔｅｐ１８では、ユーザが入力部１３を操作してフレームレート設定トラックバー５５の指標を移動させて行う、フレームレートの設定値の指定の変更が行われたか否かを判定する処理が行われる。ここで、フレームレートの設定値の指定の変更が行われたと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ１５に処理を進める。一方、フレームレートの設定値の指定の変更が行われていないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、この図６の処理をこのまま終了して図５に処理を戻す。

一方、Ｓｔｅｐ１２では、変更後の高さＲＨから式［４］より求まる垂直同期信号周期ＶＤＰ（すなわち前述したＶＤＰroi ）を算出し、更に、このＶＤＰroi から［２］式より求まるフレームレートＦＲの最大値を算出する処理が行われる。この最大値を、最高フレームレートＦＲmax とする。

次に、Ｓｔｅｐ１３では、この時点で図４の画面例におけるフレームレートラベル５６に表示されている、指示されているフレームレートＦＲの設定値と、最高フレームレートＦＲmax とを大小比較する処理が行われる。ここで、フレームレートＦＲの設定値が最高フレームレートＦＲmax を超えているとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ１４に処理を進める。一方、フレームレートＦＲの設定値が最高フレームレートＦＲmax を超えていないとき（判定結果がＮｏのとき）には、この図６の処理をこのまま終了して図５に処理を戻す。

次に、Ｓｔｅｐ１４では、フレームレートＦＲの設定値を最高フレームレートＦＲmax に一致させる調整処理が行われる。この処理により、フレームレートＦＲの設定値の指定が、変更後の指定可能範囲内に収まるように調整される。

次に、Ｓｔｅｐ１５では、この時点におけるフレームレートＦＲの設定値から式［２］により求まる垂直同期信号周期ＶＤＰ（すなわち前述したＶＤＰfr）を算出し、この値を、設定可能な露出時間ＥＸＰの最大値として設定する処理が行われる。この最大値を、最長露出時間ＥＸＰmax とする。

次に、Ｓｔｅｐ１６では、この時点で図４の画面例における露出時間ラベル４７に表示されている、指示されている露出時間ＥＸＰの設定値と、最長露出時間ＥＸＰmax とを大小比較する処理が行われる。ここで、露出時間ＥＸＰの設定値が最長露出時間ＥＸＰmax を超えているとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ１７に処理を進める。一方、露出時間ＥＸＰの設定値が最長露出時間ＥＸＰmax を超えていないとき（判定結果がＮｏのとき）には、この図６の処理をこのまま終了して図５に処理を戻す。

次に、Ｓｔｅｐ１７では、露出時間ＥＸＰの設定値を最長露出時間ＥＸＰmax に一致させる調整処理が行われる。この処理により、露出時間ＥＸＰの設定値の指定が、変更後の指定可能範囲内に収まるように調整される。この調整処理を終えた後には、この図６の処理を終了して図５に処理を戻す。

以上までの処理が、撮像条件導出・調整処理の第一の例である。この処理の後に行われる図５のＳｔｅｐ６の表示制御処理では、図６の処理により導出された最高フレームレートＦＲmax と最長露出時間ＥＸＰmax とを、それぞれ最高フレームレートラベル５７と最長露出時間ラベル４８とに表示する。更に、図６の処理によってフレームレートＦＲ及び露出時間ＥＸＰが調整された場合には、フレームレート設定トラックバー５５及びフレームレートラベル５６と、露出時間設定トラックバー４６及び露出時間ラベル４７とを、それぞれ調整後の値に更新する。

なお、ユーザが入力部１３を操作して露出時間設定トラックバー４６の指標を移動させて行う、露出時間の設定値の指定の変更が行われた場合には、図６ではＳｔｅｐ１１及びＳｔｅｐ１８の判定処理の結果が共にＮｏとなって図５のＳｔｅｐ６へ処理が移る。この場合には、Ｓｔｅｐ６の表示制御処理では、指定変更後の露出時間の設定値に露出時間ラベル４７を更新する。

次に図７について説明する。図７は、図５のＳｔｅｐ５の処理である、撮像条件導出・調整処理の第二の例の処理内容を示すフローチャートである。この第二の例は、フレームレートが、優先パラメータとして設定モード選択コンボボックス４４で選択されている場合に実行される処理である。

なお、フレームレートが、優先パラメータとして選択されている場合には、前述した図５のＳｔｅｐ１で実行される表示処理において、各トラックバーの両端に表示されるラベルとして、この場合における値が表示される。すなわち、最高フレームレートラベル５７には、前掲した式［１］及び式［２］より求まる、「部分読み出し」による「ライブ撮影」時のフレームレートＦＲの最大値が表示され、最低フレームレートラベル５８には、撮像装置２の仕様により定まる値が表示される。また、最長露出時間ラベル４８には、設定されているフレームレートＦＲから式［２］より求まるＶＤＰ（すなわち、前述したＶＤＰfr）が表示され、最短露出時間ラベル４９には、撮像装置２の仕様により定まる値がそれぞれ表示される。

以下、図５のＳｔｅｐ４において、ユーザがフレームレート設定トラックバー５５の移動若しくはフレームレートラベル５６の設定値の変更を行って、フレームレートＦＲについての撮像パラメータを変更した場合における、図７の処理を説明する。

まず、Ｓｔｅｐ２１では、変更された撮像パラメータが、フレームレートＦＲであったか否かを判定する処理が行われる。ここで、フレームレートＦＲが変更されたと判定したとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ２２に処理を進める。一方、フレームレートＦＲは変更されていないと判定したとき（判定結果がＮｏのとき）には、この図７の処理をこのまま終了して図５に処理を戻す。

次に、Ｓｔｅｐ２２では、変更後のフレームレートＦＲから式［２］により求まる垂直同期信号周期ＶＤＰ（すなわち前述したＶＤＰfr）を算出し、この値を、設定可能な露出時間ＥＸＰの最大値として設定する処理が行われる。この最大値を、最長露出時間ＥＸＰmax とする。更に、算出された垂直同期信号周期ＶＤＰから式［４］により求まる、ＲＯＩ高さＲＨを算出し、この値を、ＲＯＩ高さＲＨの最大値として設定する処理が行われる。このＲＨの値を、ＲＯＩの高さの最大値ＲＨmax とする。

次に、Ｓｔｅｐ２３では、この時点で図４の画面例におけるＲＯＩサイズラベル５１に表示されている、指示されているＲＯＩ高さＲＨの設定値と、ＲＯＩの高さの最大値ＲＨmax とを大小比較する処理が行われる。ここで、高さＲＨの設定値が高さの最大値ＲＨmax を超えているとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ２４に処理を進める。一方、高さＲＨの設定値が高さの最大値ＲＨmax を超えていないとき（判定結果がＮｏのとき）には、Ｓｔｅｐ２５に処理を進める。

次に、Ｓｔｅｐ２４では、ＲＯＩ高さＲＨの設定値を高さの最大値ＲＨmax に一致させる調整処理が行われる。この処理により、ＲＯＩ高さＲＨの設定値の指定が、変更後の指定可能範囲内に収まるように調整される。

次に、Ｓｔｅｐ２５では、この時点で図４の画面例における露出時間ラベル４７に表示されている、指示されている露出時間ＥＸＰの設定値と、最長露出時間ＥＸＰmax とを大小比較する処理が行われる。ここで、露出時間ＥＸＰの設定値が最長露出時間ＥＸＰmax を超えているとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳｔｅｐ２６に処理を進める。一方、露出時間ＥＸＰの設定値が最長露出時間ＥＸＰmax を超えていないとき（判定結果がＮｏのとき）には、この図７の処理をこのまま終了して図５に処理を戻す。

次に、Ｓｔｅｐ２６では、露出時間ＥＸＰの設定値を最長露出時間ＥＸＰmax に一致させる調整処理が行われる。この処理により、露出時間ＥＸＰの設定値の指定が、変更後の指定可能範囲内に収まるように調整される。この調整処理を終えた後には、この図７の処理を終了して図５に処理を戻す。

以上までの処理が、撮像条件導出・調整処理の第二の例である。この処理の後に行われる図５のＳｔｅｐ６の表示制御処理では、図７の処理により導出されたＲＯＩ高さの最大値ＲＨmax を、破線５３と破線５４との間の距離に対応付けて表示する。また、図７の処理により導出された最長露出時間ＥＸＰmax については、最長露出時間ラベル４８に表示する。更に、図７の処理によってＲＯＩ高さＲＨの設定値及び露出時間ＥＸＰが調整された場合には、枠５２及びＲＯＩサイズラベル５１と、露出時間設定トラックバー４６及び露出時間ラベル４７とを、それぞれ調整後の値に更新する。

なお、ユーザが入力部１３を操作して露出時間設定トラックバー４６の指標を移動させて行う、露出時間の設定値の指定の変更が行われた場合には、図７ではＳｔｅｐ２１の判定処理の結果がＮｏとなって図５のＳｔｅｐ６へ処理が移る。この場合には、Ｓｔｅｐ６の表示制御処理では、指定変更後の露出時間の設定値に露出時間ラベル４７を更新する。また、ユーザが入力部１３を操作して枠５２のサイズを変化させて行う、ＲＯＩ高さＲＨの設定値の指定の変更が行われた場合にも、図７ではＳｔｅｐ２１の判定処理の結果がＮｏとなって図５のＳｔｅｐ６へ処理が移る。この場合には、Ｓｔｅｐ６の表示制御処理では、指定変更後のＲＯＩ高さＲＨの設定値にＲＯＩサイズラベル５１を更新する。

以上のように、本実施形態に係る図１の撮像装置によれば、相互関係のある撮像パラメータを効率良く設定することができる。

なお、前掲した、撮像パラメータの相互関係式である式［１］〜式［４］は、計算機１０が直接計算する代わりに、予め撮像パラメータの数値関係を算出してテーブル化しておき、計算機１０が当該テーブルを参照してその値を求めるようにしてもよい。

次に図８について説明する。図８は、本発明を実施する撮像装置を含む顕微鏡システムの構成の第二の例を示している。

図８の構成は、光量制御部１５が追加されている点のみにおいて、図１に示した第一の例の構成と相違している。

光量制御部１５は、顕微鏡１のステージ上に載置されている標本を照らす照明光の光量の制御を行う。この光量を変化させると、撮像素子３の受光面に結像する、標本の顕微鏡１での観察像の画像の輝度が変化する。

次に図９について説明する。図９は、表示部１２での表示画面の第二の例を示している。この第二の例は、図８に示した顕微鏡システムの表示部１２に表示されるものであり、入力部１３と協働してＧＵＩを提供する。

図９の画面例は、ゲインチェックボックス５９及びゲインラベル６０が設定ボックス４２に追加されて備えられている点のみにおいて、図４に示した第二の例の表示画面と相違している。

ゲインチェックボックス５９は、撮像素子３で撮像した画像の輝度を変更する処理の要否の指示の取得に使用される。また、ゲインラベル６０には、当該画像の輝度の変更量（増幅度）を示す値が表示される。

次に、図８に示した顕微鏡システムの計算機１０により行われる撮像条件設定処理について説明する。

この撮像条件設定処理の処理内容は、図５、図６、及び図７にフローチャートで示したものと基本的には同一ではあるが、図６のＳｔｅｐ１７及び図７のＳｔｅｐ２６の処理内容が若干異なるものとなる。

図１の計算機１０では、露出時間ＥＸＰの設定値が最長露出時間ＥＸＰmax を超えている場合に、図６のＳｔｅｐ１７及び図７のＳｔｅｐ２６において、露出時間ＥＸＰの設定値を最長露出時間ＥＸＰmax に一致させる調整処理を行っていた。つまり、この調整処理は露出時間ＥＸＰの設定値を短縮するものであるため、この調整のみで撮像を行えば、光量不足となり、得られる画像は暗いものとなってしまう。

これに対し、図１の計算機１０では、この場合に、図６のＳｔｅｐ１７及び図７のＳｔｅｐ２６において、標本を照らす照明光の光量を増加させる指示を光量制御部１５へ与える処理が更に行われる。光量制御部１５は、この指示を受け取ると、当該照明光の光量を増加させる制御を行う。より具体的には、光量制御部１５は、例えば、蛍光観察において標本に導入した蛍光色素の褪色を抑制するために、照明光路上に挿入されているＮＤフィルタの挿抜の組み合わせを変更して、当該照明光の光量を増加させる。このようにすることで、露出時間ＥＸＰの設定値を最長露出時間ＥＸＰmax に短縮したことによる、撮像時の光量不足が補償される。

なお、顕微鏡システムを図８のように構成して光量制御部１５に対して上述のような制御を行う代わりに、図１の構成における画像処理部８に、撮像素子３で撮像した画像の輝度を変更する画像処理を行わせて、撮像時の光量不足を補償させることもできる。

すなわち、図１の計算機１０で、図６のＳｔｅｐ１７及び図７のＳｔｅｐ２６において、撮像素子３で撮像した画像の輝度を高める画像処理を行わせる指示を画像処理部８へ与える処理を更に行わせる。画像処理部８は、この指示を受け取ると、当該指示に係る画像処理を撮像画像に対して施す。なお、このときの画像処理における増幅率Ｇａｉｎ（輝度の増加量）は、下記の式［５］により算出する。

Ｇａｉｎ＝ＥＸＰ／ＥＸＰmax ………［５］

但し、この式［５］における露出時間ＥＸＰの値は、最長露出時間ＥＸＰmax に一致させる調整を行う前の露出時間ＥＸＰの設定値である。

なお、撮像素子３で撮像した画像の輝度を高める画像処理を画像処理部８に行わせる代わりに、図１の計算機１０自身が行うようにすることも可能である。

次に図１０について説明する。図１０は、本発明を実施する撮像装置を含む顕微鏡システムの構成の第三の例を示している。

図１０の構成は、画素ずらし部１６が追加されている点のみにおいて、図１に示した第一の例の構成と相違している。

画素ずらし部１６は、撮像素子３に入射する顕微鏡１からの光束と撮像素子３との相対位置を複数の所定の位置に所定の順序で移動させる。より具体的には、画素ずらし部１６は、水平方向若しくは垂直方向の画素ずらし量を指示するシステム制御部７からの制御信号を受け、撮像素子３の物理的な位置を、当該制御信号に応じて水平方向若しくは垂直方向にずらす。画素ずらし部１６は、例えばピエゾ素子（Piezoelectric element ）等の電圧変位素子を備えて構成されており、この場合には、システム制御部７は、制御信号として、画素ずらし量の大きさに応じた電圧信号を画素ずらし部１６に出力する。

なお、この図１０の構成において、画像処理部８は、画素ずらし部１６による画素ずらしが行われる度に撮像素子３が撮像して得られる、受光面に結像している標本の顕微鏡１での観察像についての、撮像位置の異なる複数の画像を受け取る。そして、この複数の画像を合成して、撮像素子３を固定したままで撮像して得られる画像よりも高解像度の画像を生成する画像合成処理を更に行う。この画像合成処理について、図１１及び図１２を用いて説明する。

図１１において、位置Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３は、画素ずらし部１６が画素ずらし動作を行ったときの撮像素子３の撮像位置の例を表している。ここで、位置Ｐ１は、撮像素子３の初期位置を示している。また、位置Ｐ２は、初期位置Ｐ１から右方向にのみ１／２画素分移動した位置を示しており、位置Ｐ３は、初期位置Ｐ１から水平方向に１／４画素移動し且つ垂直方向に（√３）／４画素移動した位置を示している。

次に、この各位置Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３における、撮像素子３であるＣＣＤイメージセンサによる画像の取得動作について、図１２のタイムチャートを参照しながら説明する。

図１２のタイムチャートは、上段から順に、垂直同期信号ＶＤ、電子シャッタパルスＳＵＢ、撮像素子３の位置、撮像素子３での電荷蓄積状態、及び撮像素子３の出力をそれぞれ示している。

図１２において、まず、期間Ａ１では、設定された露出時間で初期位置Ｐ１での露出を行い、撮像素子３の受光素子で発生した電荷を蓄積する。次の期間Ｂ１では、期間Ａ１で蓄積された電荷を、画像情報として撮像素子３から出力すると共に、画素ずらし部１６（ここでは電圧変移素子とする）に印加する電圧を制御して、撮像素子３の位置を初期位置Ｐ１から位置Ｐ２へと移動させる。

次に、期間Ａ２では、設定された露出時間で位置Ｐ２での露出を行い、撮像素子３の受光素子で発生した電荷を蓄積する。次の期間Ｂ２では、期間Ａ２で蓄積された電荷を、画像情報として撮像素子３から出力すると共に、画素ずらし部１６に印加する電圧を制御して、撮像素子３の位置を位置Ｐ２から位置Ｐ３へと移動させる。

次に、期間Ａ３では、設定された露出時間で位置Ｐ３での露出を行い、撮像素子３の受光素子で発生した電荷を蓄積する。次の期間Ｂ３では、期間Ａ３で蓄積された電荷を、画像情報として撮像素子３から出力すると共に、画素ずらし部１６に印加する電圧を制御して、撮像素子３の位置を位置Ｐ３から初期位置Ｐ１へと移動させる。

以下、上述した露出と、蓄積電荷の出力及び撮像素子３の移動とを繰り返し、各位置Ｐ１、Ｐ２、及びＰ３での画像の撮像を撮像素子３に行わせる。このように、撮像制御部は、撮像素子３に入射する顕微鏡１からの光束と撮像素子３との相対位置が複数の所定の位置のいずれかにある場合に、当該光束が撮像素子３の受光面に結像させている標本の観察像の画像を撮像素子３に撮影させる。そして、このようにして撮像素子３に撮像させて得られた複数の画像を合成する画像処理を画像処理部８が行って、当該合成前の画像よりも解像度を高くした、標本の観察像の高解像度画像が生成される。

このように、図１１及び図１２に示した画素ずらし動作で得られた画像の合成処理では、３箇所の位置で撮像素子３が撮像を行って得られた３枚の画像を合成して１枚の高解像度画像を得る。従って、図１２における期間Ａ１から期間Ｂ３までの期間の逆数が、高解像度画像のフレームレートとなる。ここで、期間Ａ１、Ａ２、及びＡ３の長さは、露出時間の設定により決まることは前述した通りである。但し、期間Ｂ１、Ｂ２、及びＢ３の長さについては、露出時間と部分読み出し領域（すなわちＲＯＩ）の高さにより決まるが、この長さを、画素ずらし部１６の画素ずらし動作による撮像素子３の位置の移動に要する時間よりも短くすることはできない。

この図１０の顕微鏡システムの計算機１０により行われる撮像条件設定処理の処理内容は、図５、図６、及び図７にフローチャートで示したものと基本的には同一ではある。但し、最高フレームレートＦＲmax を求めるときには、上述したように、画素ずらし動作による撮像素子３の位置の移動に要する時間を更に加味する点が異なる。つまり、計算機１０は、撮像素子３が観察像の画像を撮像するときのフレームレートを特定するパラメータの指定可能範囲を変更する場合には、前述した優先パラメータに基づくと共に、前述した相対位置の移動に要する時間にも更に基づいて、その変更を行う。

なお、図１１は画素ずらしの一例であり、画素ずらしの位置、撮影枚数は図１１に限定されるものではない。

このように、図１０の顕微鏡システムでは、画素ずらし動作を用いた高解像度画像の撮影を実行する前に、当該画像の取得に要する時間の把握が可能であり、また、部分読み出し領域を変更した場合にも当該画像の取得に要する時間の把握が可能である。従って、この高解像度画像の撮影を繰り返して行うことで標本の高解像度の動画像を得る高解像度タイムラプス観察を行う際のフレームレートを事前に知ることができる。

以上のように、上述したいずれの実施形態に係る顕微鏡システムにおいても、ある撮像パラメータをユーザが変更した場合に、相互関係のある他の撮像パラメータの設定可能範囲の導出と、その撮像パラメータについてのそれまでの設定値の調整とが行われる。そして、導出された設定可能範囲と調整された撮像パラメータの値が表示部１２で表示されてユーザに提示される。このようにすることで、ユーザと撮像装置２との間で、撮像パラメータについての対話的な設定が可能になるので、相互関係のある撮像パラメータを効率良く設定することができるようになる。

なお、本発明は、これまでに説明した実施の形態に限定されるものではなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。

１ 顕微鏡
２ 撮像装置
３ 撮像素子
４ ＴＧ（タイミングジェネレータ）
５ ＡＦＥ（前置処理部）
６ 同期信号生成部
７ システム制御部
８ 画像処理部
９ データ転送部
１０ 計算機
１１ プログラム
１２ 表示部
１３ 入力部
１４ バス
１５ 光量制御部
１６ 画素ずらし部
４１ 表示ウィンドウ
４２ 設定ボックス
４３ 撮像モード選択コンボボックス
４４ 設定モード選択コンボボックス
４５ 解像度選択コンボボックス
４６ 露出時間設定トラックバー
４７ 露出時間ラベル
４８ 最長露出時間ラベル
４９ 最短露出時間ラベル
５０ ＲＯＩ座標ラベル
５１ ＲＯＩサイズラベル
５２ 枠
５３ 破線
５４ 破線
５５ フレームレート設定トラックバー
５６ フレームレートラベル
５７ 最高フレームレートラベル
５８ 最低フレームレートラベル
５９ ゲインチェックボックス
６０ ゲインラベル

Claims (7)

1. 所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該撮像素子の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、
   複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、
   該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、
   該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、
   該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、
   を有し、
   該撮像制御手段は、該撮像素子を制御して、該観察像の画像のうちの該受光面の一部の領域についての画像である興味領域画像を撮像させ、
   該複数の撮像パラメータのうちのひとつは、該興味領域画像に表される像が結像する受光面上の領域を特定するパラメータである、
   ことを特徴とする撮像装置。
2. 該複数の撮像パラメータのうちのひとつは、該撮像素子が該興味領域画像を撮像するときのフレームレートを特定するパラメータ、若しくは、該撮像素子が該興味領域画像を撮像するときの露出時間を特定するパラメータであることを特徴とする請求項１に記載の撮像装置。
3. 所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該撮像素子の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、
   複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、
   該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、
   該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、
   該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、
   該設定手段が取得していた撮像パラメータの入力のうち、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲外となった指定値を、該範囲内の値に調整する調整手段と、を有することを特徴とする撮像装置。
4. 該調整手段による調整が、該撮像素子が該観察像の画像を撮像するときの露出時間を特定するパラメータに対するものであって、該露出時間を短縮するものであった場合に、該露出時間の短縮化に起因する、該撮像素子による該観察像の画像の撮像時の光量不足を補償する光量不足補償手段を更に有することを特徴とする請求項３に記載の撮像装置。
5. 該光量不足補償手段は、該標本への照明光の光量を増加させることによって、若しくは、該撮像素子が撮像した画像に対し該画像の輝度を高める画像処理を施すことによって、該光量不足を補償することを特徴とする請求項４に記載の撮像装置。
6. 所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該撮像素子の受光面に結像した標本の顕微鏡での観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、
   複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、
   該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、
   該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、
   該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、
   該撮像素子に入射する光束と該撮像素子との相対位置を複数の所定の位置に所定の順序で移動させる画素ずらし手段と、を有し、
   該撮像制御手段は、該相対位置が該複数の所定の位置のいずれかにある場合に該光束が該撮像素子の受光面に結像させている該観察像の画像を該撮像素子に撮影させ、
   該撮像制御手段が該撮像素子に撮像させて得られた複数の画像を合成して、該画像よりも解像度を高くした該観察像の高解像度画像を生成する高解像度画像生成手段を更に有し、
   該指定可能範囲変更手段は、該撮像素子が該観察像の画像を撮像するときのフレームレートを特定するパラメータの指定可能範囲を変更する場合には、該優先パラメータに基づくと共に、該画素ずらし手段による該相対位置の移動に要する時間にも更に基づいて、該指定可能範囲を変更する、
   ことを特徴とする撮像装置。
7. 標本の顕微鏡像を得る顕微鏡と、
   該顕微鏡像の画像を撮像する撮像装置と、
   を有しており、
   該撮像装置が、
   所定の撮像条件の下で撮像素子を制御して、該顕微鏡像である、該撮像素子の受光面に結像した観察像の画像を撮像させる撮像制御手段と、
   複数の撮像パラメータの入力を取得し、取得した撮像パラメータに基づいて該撮像条件を決定して該撮像制御手段に設定する設定手段と、
   該撮像パラメータの指定可能範囲を表示する表示手段と、
   該複数の撮像パラメータのうちのひとつである優先パラメータの入力を該設定手段が取得したときに、該複数の撮像パラメータのうちの該優先パラメータ以外のものの指定可能範囲を該優先パラメータに基づいて変更する指定可能範囲変更手段と、
   該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲を該表示手段に表示させる表示制御手段と、
   該設定手段が取得していた撮像パラメータの入力のうち、該指定可能範囲変更手段による変更後の指定可能範囲外となった指定値を、該範囲内の値に調整する調整手段と、
   を有することを特徴とする顕微鏡システム。