JP5581785B2 - 顕微鏡、位置制御方法及び位置制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は顕微鏡、位置制御方法及び位置制御プログラムに関し、例えば生体サンプルを拡大して観察する分野に適用して好適なものである。

従来、サンプルが配されるステージを目標とする位置に移動させる装置として、ステージのＸ座標及びＹ座標の位置をそれぞれエンコーダを用いて検出し、ステージが目標とする位置に移動するまでフィードバック制御するようになされたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。

また、ステッピングモータと送りねじによる駆動機構を用いて、目標とする位置にステージをオープンループ制御により移動させるようになされたものも提案されている（例えば特許文献２参照）。

特開平１１−１３３３１１号公報 特開２００７−８０６６０公報

ところで上述したフィードバック制御によりステージを移動させる装置では、通常、エンコーダが絶対座標値を出力するのではなく、原点出しを行った後、その原点からの移動に対してアップカウント若しくはダウンカウントを行うことによりステージの位置を検出する。

このような装置では、原点出しを行う必要があり、広範囲なステージの駆動範囲から原点出しを行う際には、時間がかかってしまうといった問題があった。またエンコーダを設ける分、装置が大型化するといった問題があった。

また上述したオープンループ制御によりステージを移動させる装置では、フィードバック制御を行う装置と同様に原点出しが必要となる。

また、脱調やストールによってオープンループ制御のステップカウント数と、実際のステージの駆動状態にズレが生じてしまう恐れがあるので、ズレが生じているか否かを検出するためのセンサを別途設ける必要があり、装置が大型化するといった問題があった。

本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で高速にステージの位置制御を行い得る顕微鏡、位置制御方法及び位置制御プログラムを提案しようとするものである。

かかる課題を解決するため本発明においては、顕微鏡であって、サンプルを固定するサンプル固定部材より大きな第１の撮像範囲を撮像する第１の撮像部と、第１の撮像部から所定間隔離れた位置に設けられ、サンプル固定部材より小さな第２の撮像範囲を撮像する第２の撮像部と、サンプル固定部材が配され、第１の撮像部が第１の撮像範囲を撮像する際、及び第２の撮像部が第２の撮像範囲を撮像する際に、第１の撮像部の第１の撮像範囲内に少なくとも１つが入るように固有なマークが付された、移動可能なステージと、第１の撮像部が第１の撮像範囲を撮像する際、及び第２の撮像部が第２の撮像範囲を撮像する際に、第１の撮像部により撮像される像に写るマークの位置に基づいて、ステージの位置を検出する検出部と、検出部により検出されるステージの位置に基づいて、目標とする位置にステージを移動させる制御部とを有し、制御部は、第１の撮像部が第１の撮像範囲を撮像して得られた像に写るマークの位置をもとに検出されるステージの位置に基づいて、第１の撮像範囲内にサンプル固定部材の全てが入る位置にステージを移動させ、第１の撮像部に、サンプル固定部材の全部が入った第１の撮像範囲を撮像させ、当該第１の撮像範囲を撮像して得られた像をもとに、ステージに対するサンプルの位置を特定して、当該サンプルの位置と検出部により検出されるステージの位置とに基づいて、第２の撮像範囲内にサンプルの少なくとも一部が入る位置にステージを移動させ、第２の撮像部に、サンプルの少なくとも一部が入った第２の撮像範囲を撮像させる。

また本発明においては、位置制御方法であって、第１の撮像部がサンプルを固定するサンプル固定部材より大きな第１の撮像範囲を撮像する際及び第１の撮像部から所定間隔離れた位置に設けられた第２の撮像部がサンプル固定部材より小さな第２の撮像範囲を撮像する際に第１の撮像部の第１の撮像範囲内に少なくとも１つが入るように固有なマークが付された移動可能なステージに、サンプル固定部材が配された状態で、第１の撮像部が第１の撮像範囲を撮像して得られた像に移るマークの位置をもとにステージの位置を検出し、当該位置に基づいて、第１の撮像範囲内にサンプル固定部材の全てが入る位置にステージを移動させ、第１の撮像部に、サンプル固定部材の全部が入った第１の撮像範囲を撮像させる第１の撮像ステップと、第１の撮像ステップで第１の撮像範囲を撮像して得られた像をもとに、ステージに対するサンプルの位置を特定して、当該サンプルの位置と、マークの位置をもとに検出されるステージの位置とに基づいて、第２の撮像範囲内にサンプルの少なくとも一部が入る位置にステージを移動させ、第２の撮像部に、サンプルの少なくとも一部が入った第２の撮像範囲を撮像させる第２の撮像ステップとを有する。

さらに本発明においては、位置制御プログラムであって、コンピュータに対し、第１の撮像部がサンプルを固定するサンプル固定部材より大きな第１の撮像範囲を撮像する際及び第１の撮像部から所定間隔離れた位置に設けられた第２の撮像部がサンプル固定部材より小さな第２の撮像範囲を撮像する際に第１の撮像部の第１の撮像範囲内に少なくとも１つが入るように固有なマークが付された移動可能なステージに、サンプル固定部材が配された状態で、第１の撮像部が第１の撮像範囲を撮像して得られた像に移るマークの位置をもとにステージの位置を検出し、当該位置に基づいて、第１の撮像範囲内にサンプル固定部材の全てが入る位置にステージを移動させ、第１の撮像部に、サンプル固定部材の全部が入った第１の撮像範囲を撮像させる第１の撮像ステップと、第１の撮像ステップで第１の撮像範囲を撮像して得られた像をもとに、ステージに対するサンプルの位置を特定して、当該サンプルの位置と、マークの位置をもとに検出されるステージの位置とに基づいて、第２の撮像範囲内にサンプルの少なくとも一部が入る位置にステージを移動させ、第２の撮像部に、サンプルの少なくとも一部が入った第２の撮像範囲を撮像させる第２の撮像ステップとを実行させる。

これにより、第２の撮像部が第２の撮像範囲を撮像する際に、第１の撮像範囲内にステージに配された少なくとも１つ以上のマークが位置するので、第１の撮像部で第１の撮像範囲を撮像し、撮像した像におけるマークの位置に基づいてステージの位置を検出し、ステージを目標とする位置に移動させることができる。

以上のように本発明によれば、第２の撮像部が第２の撮像範囲を撮像する際に、第１の撮像範囲内にステージに配された少なくとも１つ以上のマークが位置するので、第１の撮像部で第１の撮像範囲を撮像し、撮像した像におけるマークの位置に基づいてステージの位置を検出し、ステージを目標とする位置に移動させることができるので、原点出しをする必要が無く、また位置を検出するためのセンサを別途設ける必要がないので、簡易な構成で高速にステージの位置制御を行うことができる。

顕微鏡の構成を示す略線図である。 ステージの構成を示す略線図である。 プレパラートが載置されたステージを示す略線図である。 撮像範囲を示す略線図である。 撮像範囲とマークとの関係（１）を示す略線図である。 撮像範囲とマークとの関係（２）を示す略線図である。 撮像範囲とマークとの関係（３）を示す略線図である。 撮像範囲とマークとの関係（４）を示す略線図である。 撮像範囲とマークとの関係（５）を示す略線図である。 統括制御部の機能的構成を示す略線図である。 生体サンプルの分割を示す略線図である。 像取得処理手順を示すフローチャートである。 位置制御処理手順を示すフローチャートである。

以下、発明を実施するための形態について説明する。なお、説明は以下の順序とする。
＜１．実施の形態＞
＜２．他の実施の形態＞

＜１．実施の形態＞
［１−１．顕微鏡の構成］
図１において、本一実施の形態による顕微鏡１を示す。この顕微鏡１は、生体サンプルＳＰＬが配されるプレパラートＰＲＴ全体の像（以下、これをサムネイル像とも呼ぶ）を撮像するサムネイル像撮像部１０、及び生体サンプルＳＰＬが所定倍率で拡大された像（以下、これを拡大像とも呼ぶ）を撮像する拡大像撮像部２０を有する。

プレパラートＰＲＴは、血液等の結合組織、上皮組織又はそれらの双方の組織などの組織切片又は塗抹細胞でなる生体サンプルＳＰＬを、所定の固定手法によりスライドガラスに固定したものであり、該組織切片又は塗抹細胞には必要に応じて染色が施される。この染色には、ＨＥ（ヘマトキシリン・エオシン）染色、ギムザ染色又はパパニコロウ染色等に代表される一般染色のみならず、ＦＩＳＨ(Fluorescence In-Situ Hybridization)や酵素抗体法等の蛍光染色が含まれる。

プレパラートＰＲＴの一端側は、氏名、日時、染色の種類などの付帯情報が記載されたラベルＬＢ（図３）が貼付される場合もある。

顕微鏡１にはプレパラートＰＲＴが載置されるステージ３０が設けられる。また顕微鏡１は、ステージ３０に対してステージ駆動機構３５が設けられる。

ステージ３０は、図２に示すように、プレパラートＰＲＴより一回り小さい開口部３１が貫通して設けられる。またステージ３０は、開口部３１の左側（Ｘ軸における負方向側）の短辺から所定間隔離して突起部３２ａが、プレパラートＰＲＴが配される側のステージ面（以下、これをプレパラート配置面とも呼ぶ）側に突設される。さらにステージ３０は、開口部３１の下側（Ｙ軸における負方向側）の長辺から所定間隔離して、該長辺の両端付近に突起部３２ｂ及び３２ｃがプレパラート配置面側に突設される。

さらにステージ３０は、開口部３１における突起部３２ａが接する短辺と突起部３２ｂが接する長辺とのなす角とは対角側に、支点３３ａを中心として回転可能に開口部３１側に付勢される抑止部３３が設けられる。

ステージ３０は、図３に示すように、載置されたプレパラートＰＲＴを突設部３２ａ、３２ｂ、３２ｃ及び抑止部３３により、サンプルＳＰＬ全体を含む大部分を開口部３１に対向させた定位置に抑止する。

ステージ３０は、詳しくは後述するように、プレパラート配置面側の左上、上中央、左下及び下中央にそれぞれ固有のマーク３４ａ〜３４ｄが付される。なお、本実施のマーク３４ａ〜３４ｄは、それぞれ「○」と「△」とが互いに異なる位置関係で配置されたものである。

ステージ駆動機構３５（図１）は、ステージ面に対して平行となる方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）と、直交する方向（Ｚ軸方向）にステージ３０を駆動するものとされる。

サムネイル像撮像部１０は、ステージ３０のプレパラート配置面とは逆の面側に光源１１が設けられる。光源１１は、一般染色が施された生体サンプルＳＰＬを照明する光（以下、これを明視野照明光とも呼ぶ）と、特殊染色が施された生体サンプルＳＰＬを照明する光（以下、これを暗視野照明光とも呼ぶ）とを切り換えて照射可能なものとされる。ただし、明視野照明光又は暗視野照明光のいずれか一方だけが照射可能なものであってもよい。また、サムネイル像撮像部１０は、プレパラートＰＲＴに貼付されたラベルＬＢ及びマーク３４ａ〜３４ｄに対して光を照射するラベル光源（図示せず）が別途設けられる。

ステージ３０のプレパラート配置面側には、プレパラート配置面におけるサムネイル像撮像部１０の基準位置の法線を光軸ＳＲＡとする所定倍率の対物レンズ１２が設けられる。この対物レンズ１２の後方には、該対物レンズ１２により集光された像を結像する撮像素子１３が配される。

撮像素子１３は、図４に示すように、ステージ３０のプレパラート配置面上における、プレパラートＰＲＴの長辺より長い横幅Ｘ１、該横幅Ｘ１に応じた縦幅Ｙ１でなる撮像範囲ＳＰＲの像を結像する。

一方、拡大像撮像部２０は、ステージ３０のプレパラート配置面とは逆の面側に明視野照明光を照射する光源２１が配される。また光源２１とは異なる位置（例えばプレパラート配置面側）に暗視野照明光を照射する光源（図示せず）が配される。

光源２１とステージ３０との間には、プレパラート配置面における拡大像撮像部２０の基準位置の法線を光軸ＥＲＡとするコンデンサレンズ２２が配される。

ステージ３０のプレパラート配置面側には、プレパラート配置面における拡大像撮像部２０の基準位置の法線を光軸ＥＲＡとする所定倍率の対物レンズ２３が配される。この対物レンズ２３の後方には、該対物レンズ２３により拡大された像が結像される撮像素子２４が配される。

撮像素子２４は、図４（Ｂ）に示すように、該撮像素子２４の画素サイズ及び対物レンズ２３の倍率に応じて、ステージ３０のプレパラート配置面上における所定の横幅Ｘ２及び縦幅Ｙ２でなる撮像範囲ＥＰＲの像を結像する。因みに、撮像範囲ＥＰＲは、生体サンプルＳＰＬを拡大するため、撮像素子１３の撮像範囲より十分に狭い範囲とされる。

サムネイル像撮像部１０及び拡大像撮像部２０は、それぞれの基準位置の法線である光軸ＳＲＡと光軸ＥＲＡとがＹ軸方向に距離Ｄだけ離れるように配置される。この距離Ｄは、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに拡大像撮像部２０の対物レンズ２３を保持する鏡筒（図示せず）が写りこむことなく、かつ小型化のために近い距離に設定される。

従って顕微鏡１では、図５に示すように、ステージ３０のプレパラート配置面上において、撮像範囲ＳＰＲの中心位置と撮像範囲ＥＰＲの中心位置とが、Ｘ軸方向に同位置で、Ｙ軸方向に距離Ｄだけ離れている。因みに、撮像範囲ＳＰＲ及びＥＰＲは、ステージ３０がＺ軸方向の移動に応じて変化するが、ステージ３０のＺ軸方向の移動は数１０［μｍ］〜数１００［μｍ］であるため、その変化は無視できるものである。

この顕微鏡１（図１）における制御系として、ステージ駆動機構３５にはステージ駆動制御部４１が、光源１１及び２１には照明制御部４２が、撮像素子１３にはサムネイル像撮像制御部４３が、撮像素子２４には拡大像撮像制御部４４がデータ通信路を介して接続される。

これら制御系は、ＣＰＵ(Central Processing Unit)、ＲＯＭ(Read Only Memory)、ＣＰＵのワークメモリとなるＲＡＭ(Random Access Memory)及び演算回路などを含むコンピュータとされる。

ステージ駆動制御部４１は、ステージ駆動機構３５を駆動制御し、後述する位置制御処理に従って、サムネイル像を取得する場合、プレパラートＰＲＴ全体が撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに入るよう、ステージ面方向（Ｘ―Ｙ軸方向）にステージ３０を移動させる。またステージ駆動制御部４１は、プレパラートＰＲＴ全体に対物レンズ１２の焦点が合うようにステージ３０をＺ軸方向に移動させる。

照明制御部４２は、明視野像を取得すべきモード（以下、これを明視野モードとも呼ぶ）又は暗視野像を取得すべきモード（以下、これを暗視野モードとも呼ぶ）に応じたパラメータを光源１１に設定し、該光源１１から照明光を照射させる。このパラメータは例えば照明光の強度や光源種類の選択などである。

なお、明視野モードにおける照射光は一般に可視光とされる。一方、暗視野モードにおける照射光は、特殊染色で用いられる蛍光マーカを励起する波長を含む光とされる。また暗視野モードでは蛍光マーカに対する背景部分はカットアウトされる。

光源１１から照明光が照射された場合、ステージ３０の開口部３１を介して生体サンプルＳＰＬ全体に照明光が照射される。

サムネイル像撮像制御部４３は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを撮像素子１３に設定し、該撮像素子１３の結像面に結像される撮像範囲ＳＰＲの像のうちのプレパラートＰＲＴ全体を含む領域ＰＡ（図４）の像をサムネイル像として取得する。なお、パラメータは例えば露光の開始タイミング及び終了タイミングなどである。

またサムネイル像撮像制御部４３は、撮像素子１３の結像面に結像される撮像範囲ＳＰＲ全体の像をステージ像として取得し得るようになされている。

一方、拡大像を取得する場合にはステージ駆動制御部４１は、後述する位置制御処理に従って、ステージ駆動機構３５を駆動制御し、光源１１と対物レンズ１２との間からコンデンサレンズ２２と対物レンズ２３との間に生体サンプルＳＰＬが位置するようステージ面方向にステージ３０を移動させる。

またステージ駆動制御部４１は、撮像素子２４に撮像される撮像範囲ＥＰＲに生体サンプルＳＰＬの部位が位置するよう、ステージ面方向（Ｘ−Ｙ軸方向）にステージ３０を移動させる。

さらにステージ駆動制御部４１は、ステージ駆動機構３５を駆動制御し、撮影範囲ＥＰＲに生体サンプルＳＰＬの部位が対物レンズ２３の焦点に合うようステージ面の直交方向（Ｚ軸方向（つまり組織切片の奥行方向））にステージ３０を移動させる。

照明制御部４２は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを光源２１又は図示しない光源に設定し、該光源２１又は図示しない光源から照明光を照射させる。このパラメータは例えば照明光の強度や光源種類の選択などである。

光源２１から照明光が照射された場合、その照明光はコンデンサレンズ２２によって、ステージ３０におけるプレパラート配置面の基準位置に集められる。対物レンズ２３の結像面には、プレパラートＰＲＴにおける生体サンプルＳＰＬのうちの撮影範囲ＥＰＲの像が拡大されて結像される。

拡大像撮像制御部４４は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを撮像素子２４に設定し、該撮像素子２４の撮像面に結像される生体サンプルＳＰＬ部位の拡大像のデータを取得する。このパラメータは例えば露光の開始タイミング及び終了タイミングなどである。

ところでこの顕微鏡１には、該顕微鏡１の全体の制御を司る制御部（以下、これを統括制御部とも呼ぶ）４０があり、これはステージ駆動制御部４１、照明制御部４２、サムネイル像撮像制御部４３及び拡大像撮像制御部４４それぞれにデータ通信路を介して接続される。この統括制御部４０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、演算回路及びＨＤＤ（Hard Disc Drive）などを含むコンピュータとされる。

統括制御部４０は、ステージ３０の位置を制御するプログラム（以下、これを位置制御プログラムとも呼ぶ）、該位置制御プログラムに従ってステージ３０を移動させてサムネイル像及び拡大像を取得するプログラム（以下、これを像取得プログラムとも呼ぶ）を含む各種プログラムがＲＯＭ及びＨＤＤに格納されている。

統括制御部４０は、ＲＯＭ又はＨＤＤに格納された各種プログラムのうち、実行命令に対応するプログラムをＲＡＭに展開し、該展開したプログラムに従ってステージ駆動制御部４１、照明制御部４２、サムネイル像撮像制御部４３及び拡大像撮像制御部４４を適宜制御する。

［１−２．マークの配置］
ところでステージ３０のマーク３４ａ及び３４ｂ（図５）は、Ｘ軸方向に、撮像範囲ＳＰＲの横幅Ｘ１より短く、かつ該横幅Ｘ１の半分より長い間隔離れて配置される。

またマーク３４ａ及び３４ｂは、Ｘ軸方向に、どちらか一方（この場合、マーク３４ｂ）がスライドガラスの生体サンプルＳＰＬが配置されるべき領域（以下、これを配置領域とも呼ぶ）ＳＡ内に配置される。

さらにマーク３４ａ及び３４ｂは、Ｙ軸方向に、例えば、ステージ３０に配置されるプレパラートＰＲＴの下端から撮像範囲ＳＰＲの最上端と撮像範囲ＥＰＲの最下端との間隔（距離Ｄ−縦幅Ｙ１／２−縦幅Ｙ２／２）より離れて配置される。また、マーク３４ａ及び３４ｂは、Ｙ軸方向に、プレパラートＰＲＴの中央から撮像範囲ＳＰＲの縦幅Ｙ１の半分の長さ以内の位置に配置される。

マーク３４ｃ及び３４ｄは、ステージ３０上におけるプレパラートＰＲＴの載置位置の中心を基準として、マーク３４ａ及び３４ｂとＸ軸対称の位置に配置される。

従って、図６〜図９に示すように、生体サンプルＳＰＬが配されるべき配置領域ＳＡ内のどの位置に撮像範囲ＥＰＲが移動されても、撮像範囲ＳＰＲ内には少なくともマーク３４ａ〜３４ｄのいずれか１つが入る。またサムネイル像を撮像する際にも、撮像範囲ＥＰＲ内には少なくともマーク３４ａ〜３４ｄのいずれか１つが入る。

［１−３．像取得処理］
統括制御部４０は、像取得プログラムを実行する指示を受けた場合、該像取得プログラム及び位置制御プログラムをＲＡＭに展開して像取得処理を実行する。

統括制御部４０は、像取得プログラムに従って、図１０に示すように、位置制御部５１、サムネイル像取得部５２及び拡大像取得部５３として機能する。また位置制御部５１は、位置制御プログラムに従って、目標位置決定部６１、ステージ像取得部６２、ステージ位置検出部６３及び演算部６４として機能する。

位置制御部５１は、位置制御処理を実行し、ステージ３０を目標とされる位置（以下、これを目標位置）に移動させる。

サムネイル像取得部５２は、サムネイル像撮像制御部４３を介して撮像素子１３により撮像される、プレパラートＰＲＴ全体を含む領域ＳＡのサムネイル像を取得し、該サムネイル像のデータをＨＤＤに記憶する。

拡大像取得部５３は、サムネイル像撮像制御部４４を介して撮像素子２４により撮像された生体サンプルＳＰＬ部位の像を拡大部位像として取得し、該拡大部位像を連結して拡大像を生成してＨＤＤに記録する。

［１−４．位置制御処理］
目標位置決定部６１は、サムネイル像を取得する場合、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲにプレパラートＰＲＴ全体が入るステージ３０の目標位置を演算部６４に送出する。

ステージ像取得部６２は、照明制御部４２を介して光源１１、マーク３４ａ〜３４ｄを照射する光源を駆動させ、サムネイル像撮像制御部４３を介して撮像素子１３により撮像される撮像範囲ＳＰＲ全体のステージ像を所定のタイミング間隔で取得する。

ステージ位置検出部６３は、予めＨＤＤに格納されたマーク３４ａ〜３４ｄの形状データに対する、ステージ像取得部６２により取得されるステージ像の各画素の相関値を算出する。

ステージ位置検出部６３は、例えば算出された相関値が最大となる画素とその前後の画素とを通る２次曲線を算出し、該２次曲線の極値の位置をステージ像におけるマーカ３４ａ〜３４ｄの位置として検出する。

ステージ位置検出部６３は、例えば、ステージ像におけるマーク３４ａ〜３４ｄの位置と実際のステージ３０におけるマーク３４ａ〜３４ｄの位置との対応テーブルをＨＤＤから読み出す。そしてステージ位置検出部６３は、該対応テーブルからステージ像におけるマーク３４ａ〜３４ｄの位置に対応する実際のステージ３０の位置を検出し、検出したステージ３０の位置を演算部６４に送出する。

演算部６４は、目標位置決定部６１から供給される目標位置と、ステージ位置検出部６３から供給されるステージ３０の位置との差分を算出し、該差分をステージ駆動制御部４１に出力する。

ステージ駆動制御部４１は、演算部６４から供給される差分に応じてステージ駆動機構３５を介してステージ３０を目標位置へと移動させる。

このようにして位置制御部５１は、撮像素子１３により撮像されるステージ像を取得するたびに、該ステージ像に写るマーク３４ａ〜３４ｄを検出し、その結果からステージ３０の位置を検出して目標位置との差分を算出し、ステージ３０を目標位置に移動させる。

サムネイル像取得部５２は、位置制御部５１によって目標位置にステージ３０が移動された後、サムネイル像撮像制御部４３を介して撮像素子１３により撮像されるサムネイル像を取得し、該サムネイル像のデータをＨＤＤに記憶する。

これにより、ラベルＬＢを含むプレパラートＰＲＴ全体のサムネイル像を保存することができるのでラベルＬＢの記載内容を認識させることができる。また、プレパラートＰＲＴに油性ペンなどで医師などにより記入されたマークや記号なども同時に記録しておけるので、サムネイル像を用いて該医師などが検索する際の目印として容易に識別させることができる。

また、目標位置決定部６１は、取得されたサムネイル像から例えば輝度値を基に、生体サンプルを示す画素の領域とその他の領域とを区別するための領域抽出処理を施す。そして目標位置決定部６１は、サムネイル像における生体サンプルＳＰＬを示す画素の領域の画素位置と、サムネイル像が撮像された際のステージ３０の位置との関係から、ステージ３０の所定の基準位置に対する生体サンプルＳＰＬの位置を算出する。

目標位置決定部６１は、図１１に示すように、位置が検出された生体サンプルＳＰＬを撮像素子２４で撮像される領域（以下、これを分割領域とも呼ぶ）ＤＡに割り当てる。この分割領域ＤＡは、撮像素子２４の撮像範囲ＥＰＲと同一の大きさであり、生体サンプルＳＰＬの全てがいずれかの分割領域ＤＡに含まれ、かつ分割領域ＤＡの数が最小となるように割り当てられる。この図１１では、分割領域ＤＡが重ならない態様となっているが、隣接する領域の一部が重なる態様であってもよい。

目標位置決定部６１は、生体サンプルＳＰＬに対して割り当てられた分割領域ＤＡのうちの１つの位置を目標位置として決定する。

ステージ像取得部６２は、サムネイル像撮像制御部４３を介して撮像素子１３により撮像された撮像範囲ＳＰＲ全体のステージ像を所定のタイミング間隔で取得する。

ステージ位置検出部６３は、上述したように、ステージ像におけるマーカ３４ａ〜３４ｄの位置として検出し、その結果に基づいて実際のステージ３０の位置を検出する。そしてステージ位置検出部６３は、検出したステージ３０の位置を演算部６４に送出する。

演算部６４は、目標位置決定部６１から供給される目標位置と、ステージ位置検出部６３から供給されるステージ３０の位置との差分を算出し、該差分をステージ駆動制御部４１に出力する。

ステージ駆動制御部４１は、演算部６４から供給される差分に応じてステージ駆動機構３５を介してステージ３０を目標位置に移動させる。

拡大像取得部５３は、位置制御部５１によって目標位置にステージ３０が移動された後、拡大像撮像制御部４４を介して撮像素子２４により撮像される分割領域ＤＡの生体サンプルＳＰＬ部位の像を拡大部位像として取得する。

位置制御部５１は、拡大部位像が取得されるごとに次の分割領域ＤＡの位置に撮像素子２４の撮像範囲ＥＰＲが位置するようにステージ３０を移動させる。拡大像取得部５３は、ステージ３０が目標位置に移動されるたびに、その位置での拡大部位像を取得する。

拡大像取得部５３は、全ての分割領域ＤＡでの拡大部位像を取得すると、該拡大部位像を結合して拡大像を生成し、該拡大像のデータをＨＤＤに記憶する。

このようにこの顕微鏡１は、生体サンプルＳＰＬを鏡検状態の拡大像として記憶することで、プレパラートＰＲＴ自体を保存する場合に比べて、固定や染色等の状態を劣化させることなく長期にわたって組織切片に関する情報を保存できるようになされている。

［１−５．像取得処理手順］
次に、上述した位置制御処理に基づいてステージ３０が目標位置に移動されてサムネイル像及び拡大像を取得する像取得処理の手順について、図１２及び図１３に示すフローチャートに従って説明する。

実際上、統括制御部４０は、ルーチンＲＴ１の開始ステップから入って次のサブルーチンＳＲＴ１（図１３）へ移る。サブルーチンＳＲＴ１で統括制御部４０は、ステップＳＰ１１に移ってサムネイル像を取得する場合、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲにプレパラートＰＲＴ全体が入る位置を目標位置に決定し、次のステップＳＰ１２に移る。

ステップＳＰ１２において統括制御部４０は、サムネイル像撮像制御部４３を介して撮像素子１３により撮像される撮像範囲ＳＰＲ全体のステージ像を所定のタイミング間隔で取得し、次のステップＳＰ１３に移る。

ステップＳＰ１３において統括制御部４０は、ステージ像におけるマーカ３４ａ〜３４ｄの位置を検出し、その結果に基づいてステージ３０の位置を検出し、次のステップＳＰ１４に移る。

ステップＳＰ１４において統括制御部４０は、目標位置と、ステージ３０の位置との差分を算出し、該差分をステージ駆動制御部４１に出力することにより、差分に応じてステージ駆動機構３５を介してステージ３０を移動させ、次のステップＳＰ１に移る。

ステップＳＰ１において統括制御部４０は、ステージ３０が目標位置に移動された状態で、サムネイル像撮像制御部４４及び撮像素子１３を介してサムネイル像を取得し、次のステップＳＰ２に移る。

ステップＳＰ２において統括制御部４０は、サムネイル像に基づいてステージ３０における生体サンプルＳＰＬの位置を検出し、該生体サンプルＳＰＬを分割領域ＤＡに割り当て、次のサブルーチンＳＲＴ１に移る。

サブルーチンＳＲＴ１で統括制御部４０は、拡大像を取得する場合、ステップＳＰ１１において、サムネイル像を基に生体サンプルＳＰＬに対して割り当てられた分割領域ＤＡの位置を目標位置として決定する。

ステップＳＰ１２〜ＳＰ１４において統括制御部４０は、同様に、目標位置にステージ３０を移動させて、次のステップＳＰ３に移る。

ステップＳＰ３において統括制御部４０は、ステージ３０が目標位置に移動された状態で、拡大像撮像制御部４４及び撮像素子２４を介して拡大部位像を取得し、次のステップ４に移る。

ステップＳＰ４において統括制御部４０は、全ての拡大部位像を取得したか否かを判断し、全ての拡大部位像を取得するまで、サブルーチンＳＲＴ１、ステップＳＰ３、ＳＰ４を繰り返し行う。

統括制御部４０は、ステップＳＰ４で全ての拡大部位像を取得したと判断した場合、ステップＳＰ５に移って、拡大部位像を結合して拡大像を生成し、次のステップに移って処理を終了する。

［１−６．動作及び効果］
以上の構成において顕微鏡１は、生体サンプルＳＰＬを撮像素子１３及び２４で撮像する際、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに常に１つ以上の固有のマーク３４ａ〜３４ｄが入るように、該マーク３４ａ〜３４ｄがステージ３０に付される。

そして顕微鏡１は、撮像素子１３で撮像される撮像範囲ＳＰＲ全体のステージ像に写るマーク３４ａ〜３４ｄの像を検出し、該マーク３４ａ〜３４ｄの像の位置に基づいてステージ３０の位置を検出する。

顕微鏡１は、検出されたステージ３０の位置と目標位置との差分をステージ駆動制御部４１に出力することにより、該ステージ駆動制御部４１及びステージ駆動機構３５を介してステージ３０を目標位置に移動させる。

これにより顕微鏡１は、ステージ像を取得する間隔でステージ３０の位置を検出することができ、原点出しを行う必要がない分、高速にステージ３０の位置を制御することができる。

また顕微鏡１は、ステージ３０に対する生体サンプルＳＰＬの位置を検出するためのサムネイル像を撮像する撮像素子１３を用いてステージ３０の位置を検出するステージ像を取得することができるので構成を簡易化することができる。従って顕微鏡１は、エンコーダ、ステッピングモータなどステージ３０の位置を検出するための部品を用いることなく、その分、装置全体を小型化することができる。

また顕微鏡１は、原点出しをして該原点からの相対位置を検出する場合と比べて、マーク３４ａ〜３４ｄの位置を用いて絶対位置を検出することができるので、脱調やストールによって検出位置がずれてしまうといったことも回避することができる。

さらに顕微鏡１は、拡大部位像を撮像する際、ステージ像を拡大部位像とは独立した撮像素子１３により取得するので、常時位置制御を行うことができる。

ところで、プレパラートＰＲＴは横幅（長辺）が通常約７５［ｍｍ］であり、サムネイル像撮像部１０の撮像素子１３の横方向の画素数が１２４０［pixel］であった場合、該撮像素子１３で撮像されたステージ像の画素分解能は大よそ０．０６［ｍｍ］となる。顕微鏡１では、２次曲線を用いてマーカ３４ａ〜３４ｄの位置を検出しているため、１［pixel］当たりの分解能は０．０６［ｍｍ］の１／１００〜１／３００となる。従って顕微鏡１は、ステージ像を用いてステージ３０の位置を数［μｍ］の精度で検出することができる。

またプレパラートＰＲＴは横幅が約７５［ｍｍ］、縦幅が約２６［ｍｍ］程度で、縦横比が大よそ３：１であるのに対して、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲの縦横比は例えば４：３や１６：９である。そのためサムネイル像を取得する際にはマーカ３４ａ〜３４ｄが該サムネイル像に写ることはない。

以上の構成によれば、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに常に１つ以上が入るマーク３４がステージ３０に付され、撮像素子１３で撮像されるステージ像に基づいてステージ３０の位置を検出し、検出されたステージ３０の位置に基づいてステージ３０を目標位置に移動させる。これにより顕微鏡１は、ステージ３０に対する生体サンプルＳＰＬの位置を検出するためのサムネイル像を撮像する撮像素子１３を用いてステージ３０の位置を検出するステージ像を取得することができるので高速にかつ簡易な構成で位置制御を行うことができる。

＜２．他の実施の形態＞
上述の実施の形態においては、生体サンプルＳＰＬがサンプルとされた。しかしながらサンプルはこの実施の形態に限定されるものではない。例えば、サンプルとして半導体などが適応できる。

上述した実施の形態においては、ステージ３０に４つのマーク３４（３４ａ〜３４ｄ）が付されているようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、サムネイル像及び拡大部位像を撮像する際に、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに少なくとも１つ以上の固有のマーク３４が常に入るようになされていれば、マーク３４の数はいくつでもよい。

上述した実施の形態においては、マーク３４ａ〜３４ｄがステージ３０の左下、下中央、左上及び上中央に配置されている場合について述べた。本発明はこれに限らず、サムネイル像及び拡大部位像を撮像する際に、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに少なくとも１つ以上の固有のマーク３４が常に入るようになされていれば、マーク３４の配置位置は問わない。

上述した実施の形態においては、サムネイル撮像制御部１０と拡大像撮像制御部２０とがＹ軸方向に距離Ｄだけ離れて配置されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばサムネイル撮像制御部１０と拡大像撮像制御部２０とがＸ軸方向に所定距離だけ離れて配置されるようにしてもよい。この場合も、サムネイル像及び拡大部位像を撮像する際に、撮像素子１３の撮像範囲ＳＰＲに少なくとも１つ以上の固有のマーク３４が常に入るようになされていればよい。

上述した実施の形態においては、サムネイル像及び拡大部位像を撮像する際に位置制御処理を実行するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、拡大部位像を撮像する際にだけ位置制御処理を実行するようにしてもよい。さらにステージ３０にプレパラートＰＲＴが載置されていない状態でのステージ３０の位置制御を行う際に、この位置制御処理を実行するようにしてもよい。

上述した実施の形態においては、ステージ像におけるマーク３４ａ〜３４ｄの位置と実際のステージ３０におけるマーク３４ａ〜３４ｄの位置との対応テーブルをＨＤＤに記憶しておき、該対応テーブルに基づいてステージ３０の位置を検出するようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えば、所定の基準位置に対するマーク３４ａ〜３４ｄの位置とステージ像におけるマーク３４ａ〜３４ｄの位置とのズレ量を所定の関数に当てはめることにより、ステージ３０の位置を検出するようにしてもよい。

上述した実施の形態においては、ステージ３０にマーク３４ａ〜３４ｄを付すようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、例えばステージ３０にマーク３４ａ〜３４ｄを貫通形成するようにしてもよい。この場合、光源１１から照射された照明光がマーク３４ａ〜３４ｄの貫通孔を通してプレパラート配置面側に到達するので、マーク３４ａ〜３４ｄを照射する光源を省略することができるので、さらに小型化することができる。

上述した実施の形態においては、所定倍率の対物レンズ２３が１つ設けられている場合について述べた。本発明はこれに限らず、倍率の異なる複数の対物レンズが設けられ、複数の対物レンズのなかからレンズ切換機構又は手動により選択するようにしてもよい。

明視野照明光を照射する光源２１と暗視野照明光を照射する図示しない光源が配されるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、光源２１及び図示しない光源が明視野照明光と暗視野照明光とを切り替え可能なもので、一方のみが配されるようにしてもよい。また、互いに異なる波長域の照射光を照射する光源素子が光源２１内部に複数配されるようにしてもよい。同様に、互いに異なる波長域の照射光を照射する光源素子が図示しない光源に複数配されていてもよい。

上述した実施の形態においては、統括制御部３０がＨＤＤに格納されている像取得処理プログラム及び位置制御プログラムに従い、上述した像取得処理及び位置制御処理を行うようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、像取得処理プログラム及び位置制御プログラムがＲＯＭに格納されていてもよく、また記憶媒体からインストールしたり、インターネットからダウンロードして上述した像取得処理及び位置制御処理を行うようにしても良い。またその他種々のルートによってインストールした像取得処理プログラム及び位置制御プログラムに従って上述した像取得処理及び位置制御処理を行うようにしても良い。

上述した実施の形態においては、第１の撮像部としてサムネイル像撮像部１０、第２の撮像部として拡大像撮像部２０、ステージとしてステージ３０、検出部としてステージ位置検出部６３、位置制御部として位置制御部５１が設けられるようにした場合について述べた。本発明はこれに限らず、その他種々の構成でなる第１の撮像部、第２の撮像部、ステージ、ステージ位置検出部、位置制御部を設けるようにしても良い。

本発明は、生物実験、医薬の創製又は患者の経過観察などのバイオ産業上において利用可能である。

１……顕微鏡、１０……サムネイル像撮像部、１１、２１……光源、１２、２３……対物レンズ、１３、２４……撮像素子、２０……拡大像撮像部、２２……コンデンサレンズ、３０……ステージ、３２……突起部、３３……抑止部、３４ａ〜３４ｄ……マーク、３５……ステージ駆動機構、４０……統括制御部、４１……ステージ駆動制御部、４２……照明制御部、４３……サムネイル像撮像制御部、４４……拡大像撮像制御部、５１……位置制御部、５２……サムネイル像取得部、５３……拡大像取得部、６１……目標位置決定部、６２……ステージ像取得部、６３……ステージ位置検出部、ＥＰＲ、ＳＰＲ……撮像範囲、ＰＲＴ……プレパラート。

Claims (4)

1. サンプルを固定するサンプル固定部材より大きな第１の撮像範囲を撮像する第１の撮像部と、
   上記第１の撮像部から所定間隔離れた位置に設けられ、上記サンプル固定部材より小さな第２の撮像範囲を撮像する第２の撮像部と、
   上記サンプル固定部材が配され、上記第１の撮像部が上記第１の撮像範囲を撮像する際、及び上記第２の撮像部が上記第２の撮像範囲を撮像する際に、上記第１の撮像部の第１の撮像範囲内に少なくとも１つが入るように固有なマークが付された、移動可能なステージと、
   上記第１の撮像部が上記第１の撮像範囲を撮像する際、及び上記第２の撮像部が上記第２の撮像範囲を撮像する際に、上記第１の撮像部により撮像される像に写る上記マークの位置に基づいて、上記ステージの位置を検出する検出部と、
   上記検出部により検出される上記ステージの位置に基づいて、目標とする位置に上記ステージを移動させる制御部と
   を有し、
   上記制御部は、
   上記第１の撮像部が上記第１の撮像範囲を撮像して得られた像に写る上記マークの位置をもとに検出される上記ステージの位置に基づいて、上記第１の撮像範囲内に上記サンプル固定部材の全てが入る位置に上記ステージを移動させ、上記第１の撮像部に、上記サンプル固定部材の全部が入った第１の撮像範囲を撮像させ、当該第１の撮像範囲を撮像して得られた像をもとに、上記ステージに対する上記サンプルの位置を特定して、当該サンプルの位置と上記検出部により検出される上記ステージの位置とに基づいて、上記第２の撮像範囲内に上記サンプルの少なくとも一部が入る位置に上記ステージを移動させ、上記第２の撮像部に、上記サンプルの少なくとも一部が入った上記第２の撮像範囲を撮像させる
   顕微鏡。
2. 上記ステージは、
   上記マークが貫通形成される
   請求項１に記載の顕微鏡。
3. 第１の撮像部がサンプルを固定するサンプル固定部材より大きな第１の撮像範囲を撮像する際及び上記第１の撮像部から所定間隔離れた位置に設けられた第２の撮像部が上記サンプル固定部材より小さな第２の撮像範囲を撮像する際に上記第１の撮像部の第１の撮像範囲内に少なくとも１つが入るように固有なマークが付された移動可能なステージに、上記サンプル固定部材が配された状態で、上記第１の撮像部が上記第１の撮像範囲を撮像して得られた像に移る上記マークの位置をもとに上記ステージの位置を検出し、当該位置に基づいて、上記第１の撮像範囲内に上記サンプル固定部材の全てが入る位置に上記ステージを移動させ、上記第１の撮像部に、上記サンプル固定部材の全部が入った第１の撮像範囲を撮像させる第１の撮像ステップと、
   上記第１の撮像ステップで上記第１の撮像範囲を撮像して得られた像をもとに、上記ステージに対する上記サンプルの位置を特定して、当該サンプルの位置と、上記マークの位置をもとに検出される上記ステージの位置とに基づいて、上記第２の撮像範囲内に上記サンプルの少なくとも一部が入る位置に上記ステージを移動させ、上記第２の撮像部に、上記サンプルの少なくとも一部が入った上記第２の撮像範囲を撮像させる第２の撮像ステップと
   を有する位置制御方法。
4. コンピュータに対し、
   第１の撮像部がサンプルを固定するサンプル固定部材より大きな第１の撮像範囲を撮像する際及び上記第１の撮像部から所定間隔離れた位置に設けられた第２の撮像部が上記サンプル固定部材より小さな第２の撮像範囲を撮像する際に上記第１の撮像部の第１の撮像範囲内に少なくとも１つが入るように固有なマークが付された移動可能なステージに、上記サンプル固定部材が配された状態で、上記第１の撮像部が上記第１の撮像範囲を撮像して得られた像に移る上記マークの位置をもとに上記ステージの位置を検出し、当該位置に基づいて、上記第１の撮像範囲内に上記サンプル固定部材の全てが入る位置に上記ステージを移動させ、上記第１の撮像部に、上記サンプル固定部材の全部が入った第１の撮像範囲を撮像させる第１の撮像ステップと、
   上記第１の撮像ステップで上記第１の撮像範囲を撮像して得られた像をもとに、上記ステージに対する上記サンプルの位置を特定して、当該サンプルの位置と、上記マークの位置をもとに検出される上記ステージの位置とに基づいて、上記第２の撮像範囲内に上記サンプルの少なくとも一部が入る位置に上記ステージを移動させ、上記第２の撮像部に、上記サンプルの少なくとも一部が入った上記第２の撮像範囲を撮像させる第２の撮像ステップと
   を実行させる位置制御プログラム。

Images