JP5848992B2 - 読取装置およびその読み取り準備方法、ならびに読み取り方法 - Google Patents

Description

この発明は、例えば生体細胞等を含む試料を読み取り対象物としてこれを光学的に読み取る読取装置、該装置の読み取り準備方法および読み取り方法に関するものである。

医療や生物科学の実験においては、例えばウェルとも称される窪部を多数配列して設けたプレート状の器具（例えばマイクロプレート、マイクロタイタープレート等と呼ばれる）の各ウェルに液体やゲル状の流動体（例えば培養液、培地等）を注入し、ここで細胞等を培養したものを試料として観察、計測することが行われる。近年では、ＣＣＤカメラ等で撮像してデータ化し、該画像データに種々の画像解析技術を適用して観察や分析に供することが行われるようになってきている。

この種の装置では、より高精細な画像を得る目的で、例えばＣＣＤラインセンサなどの高解像度の受光素子を有する読取手段を試料に対して走査移動させながら読み取りを行うことで、試料の２次元画像を得る方法が用いられることがある。このような高精細での読み取りにおいては、装置特性の経時変化や周囲環境の変動によらず一定の画像品質を確保するために、定期的に装置各部の動作条件を調整するキャリブレーションが必要となる。

そのようなキャリブレーション技術の先例としては、平面原稿を光学的に読み取るドキュメントスキャナ装置に適用されたものがある。例えば特許文献１に記載の画像読取装置では、予め用意された白基準板およびＡＦ基準板を読み取り、その読み取り結果に基づいて装置のシェーディング補正およびオートフォーカス（ＡＦ）調整をキャリブレーション処理として行う。さらにこの装置では、キャリブレーションの時間間隔を一定とせず、前回の処理での読み取り結果に基づいて動的に設定することで、装置特性の変化の態様に応じたタイミングでキャリブレーションが実行される。

特許第４１８１４２２号公報

細胞等を観察する目的で使用される読取装置に対しても、上記従来技術のようなキャリブレーション技術を応用することが考えられる。しかしながら、観察を目的とする読取装置においては、動作条件が常に最適条件に調整された状態での読み取りが期待されるドキュメントスキャナ装置とは異なる要求もある。例えば、撮像結果を比較対照する目的での撮像では、複数回の撮像において撮像条件が同一であることが求められることがある。また、読み取り対象物の状態が時間と共に変化し、キャリブレーションの実行によって読み取りの開始が遅延することが許容されない場合がある。

かかる要求に対して、利用分野が全く異なる上記従来技術では当然に対応がなされておらず、また本発明と同じ利用分野に属する読取装置においても、このような要求に応えることのできる機能を有するものはなかった。

この発明は上記課題に鑑みなされたものであり、例えば細胞等を含む試料を読み取り対象物とした読取装置にも好適に適用可能なキャリブレーション技術を提供することを目的とする。

この発明の一の態様である読取装置は、上記目的を達成するため、読み取り対象物に対し相対的に走査移動しながら、前記読み取り対象物を光学的に読み取る読取手段と、予め定められたキャリブレーション開始時が到来すると、予め用意された基準物を前記読取手段により読み取らせ、その読み取り結果に基づいて前記読取手段の動作条件を最適化するキャリブレーション処理を実行するキャリブレーション実行手段と、ユーザーによる前記キャリブレーション処理の禁止期間に関する設定入力を受け付ける受付手段とを備え、前記キャリブレーション実行手段は、前記キャリブレーション開始時の到来により開始すべき前記キャリブレーション処理の実行期間の少なくとも一部が前記禁止期間と重複するとき、前記キャリブレーション開始時を変更することを特徴としている。

また、この発明の他の態様は、読み取り対象物に対し相対的に読取手段を走査移動させながら該読み取り対象物を光学的に読み取る読取装置の読み取り準備方法であって、上記目的を達成するため、キャリブレーション処理を開始すべきキャリブレーション開始時を設定する設定工程と、前記キャリブレーション開始時が到来すると、前記キャリブレーション処理として、予め用意された基準物を前記読取手段により読み取らせるとともにその読み取り結果に基づいて前記読取手段の動作条件を最適化する処理を実行するキャリブレーション工程とを備え、ユーザーによる前記キャリブレーション処理の禁止期間に関する設定入力を受け付け、該設定入力を受け付けたときには、前記キャリブレーション開始時の到来により開始すべき前記キャリブレーション処理の実行期間の少なくとも一部が前記禁止期間と重複するか否かを判断し、重複するときには前記キャリブレーション開始時を変更することを特徴としている。

このように構成された発明では、キャリブレーション開始時が設定されることによって所定のタイミングでキャリブレーション処理が自動的に実行される一方、ユーザーが所望する間キャリブレーション処理が実行されない禁止期間を、ユーザー設定によって設けることができる。この種の撮像装置が医療や生物科学の分野に用いられるとき、高精細な画像を得る上で、キャリブレーション処理は必要である。その一方で、読み取り対象物自体が経時的に変化したり、比較対照実験の必要性等から、キャリブレーション処理が自動実行されることが却って結果に悪影響を及ぼす場合がある。

本発明では、ユーザーにより設定された禁止期間中は、キャリブレーション処理が実行されることがない。これにより、ユーザーが望まないタイミングでキャリブレーション処理が実行されるのを回避することができる。キャリブレーション処理を行わない期間の長さについては、読み取りの目的やユーザーの操作習熟度等によってまちまちであり、一義的に決めることができない。キャリブレーション処理の禁止期間をユーザー設定可能とすることで、種々の目的に応じたキャリブレーション処理を実行することができる。このような特徴は、例えば細胞等を観察するための読取装置において特に優れた効果を奏するものである。

これらの発明では、キャリブレーション処理の実行期間が禁止期間と重複するときには、例えばキャリブレーション開始時を早めてキャリブレーション処理を禁止期間の到来前に終了させるようにしてもよい。こうすることで、禁止期間の到来時にはキャリブレーション処理により動作条件が最適化された状態となっており、良好な画像品質での読み取り動作が可能である。また、禁止期間中に新たなキャリブレーション処理が実行されることも回避される。

また、この発明の他の態様は、読み取り対象物を光学的に読み取る読取手段により、前記読み取り対象物を読み取る読み取り方法であって、上記目的を達成するため、予め用意された基準物を前記読取手段により読み取らせるとともにその読み取り結果に基づいて前記読取手段の動作条件を最適化するキャリブレーション処理を実行するキャリブレーション工程と、前記読み取り対象物に対し相対的に読取手段を走査移動させながら前記読み取り対象物を光学的に読み取る読み取り工程とを備え、所定のキャリブレーション開始時が到来した時に前記キャリブレーション工程を実行する一方、ユーザーから禁止期間が設定入力されると、前記禁止期間の到来前に前記キャリブレーション工程を終了し、または、前記禁止期間の終了後に前記キャリブレーション工程を開始することを特徴としている。

このように構成された発明では、予め設定したキャリブレーション開始時が到来するとキャリブレーション処理を実行する一方、ユーザーにより禁止期間の設定入力があった場合には、当該禁止期間が到来する前にキャリブレーション処理を終了させるか、禁止期間の終了後にキャリブレーション処理を開始させるようにする。これにより、禁止期間中にキャリブレーション処理が実行されることはない。したがって、上記した発明と同様に、ユーザーの要求や目的に応じた態様でキャリブレーション処理を行うことができ、特に細胞等を観察するための読取装置に対して好適に適用することができる。

上記した各発明においては、例えば、直前のキャリブレーション処理の実行結果に基づいて、次回のキャリブレーション開始時を更新設定するようにしてもよい。こうすることで、装置特性の変動の実態に応じたタイミングでのキャリブレーション処理の実行が可能となる。

また、上記各発明におけるキャリブレーション処理は、読み取り対象物に光を照射する照明手段および読取手段のシェーディング特性を取得するための処理、および読取手段に設けられた収束光学系のフォーカス調整処理の少なくとも一方を含むものであってもよい。これらの処理は高精細な読み取りを行う上で重要な調整処理であり、これらを含むキャリブレーション処理を適宜のタイミングで行うことにより、本発明では、ユーザーの様々な要求に応じつつ、読み取りの生産性と精度とを両立させることが可能である。

この発明によれば、読取手段の動作条件を最適化して読み取り対象物の高精細な読み取りを可能とするためのキャリブレーション処理が、ユーザーの要求や目的に応じたタイミングで適切に実行されて、読み取りの生産性と精度とを両立させることができる。このような効果は、例えば細胞等を観察するための読取装置および読み取り方法に適用されたとき、特に顕著なものとなる。

本発明の読取装置の一実施形態である生体物読取装置の構成を模式的に示す図である。 制御部において実現される機能ブロックとそれらの間のデータとの関係を示す図である。 この生体物読取装置の動作の概要を示すフローチャートである。 キャリブレーション処理の動作を示すフローチャートである。 ユーザー操作に起因して実行される割込み処理を示すフローチャートである。 タイマー値とキャリブレーション実行タイミングとの関係を示す図である。

図１は本発明の読取装置の一実施形態である生体物読取装置の構成を模式的に示す図である。この生体物読取装置（以下、単に「読取装置」と称することがある）１００は、ＣＣＤラインセンサを撮像素子とするいわゆるラインＣＣＤ型のスキャナ装置であり、試料保持部１０と、光学走査部２０と、制御部３０とを備えている。

試料保持部１０は、読み取り対象物である生体試料を保持するウェルＷが上面に形成されたウェルプレートＷＰの下面周縁部に当接することでウェルプレートＷＰを略水平姿勢に保持するホルダ１１と、それぞれ後述するシェーディング補正処理およびオートフォーカス（ＡＦ）調整処理とにおいて基準物として読み取られる白基準板１２およびＡＦ基準板１３とを備えている。

ウェルプレートＷＰは、断面が略円形で、それぞれに例えば培養液、培地、試薬などの液体等を注入可能な複数の、例えば９６個（１２×８のマトリクス配列）のウェルＷを有している。各ウェルＷの直径および深さは代表的には数ｍｍ程度である。なお、この生体物読取装置１００が対象とするウェルプレートのサイズやウェルの数はこれらに限定されるものではなく任意であり、例えば３８４穴のものであってもよい。

これらのウェルＷに生体物を含む培地等が保持された状態でウェルプレートＷＰがホルダ１１に載置されると、光源２９からウェルプレートＷＰに光（例えば白色光）が照射される。光源２９は例えばＬＥＤランプにより構成され、ホルダ１１に保持されるウェルプレートＷＰに対して上方に配置される。

光学走査部２０は生体物試料からの透過光を受光することで試料を光学的に読み取る読取手段として設けられる。光学走査部２０は、ウェルプレートＷＰの下方に、受光素子であるＣＣＤ素子２２および透過光による光学像の倍率を調整する収束光学系２３を有する撮像部２１と、収束光学系２３のフォーカス調整を行うフォーカス調整機構２４と、例えばベルトドライブによって撮像部２１を所定の方向（図１においては左右方向）に駆動する走査駆動機構２５とを備えている。

光源２９からウェルプレートＷＰに向けて照射された光のうち、ウェルＷの底面から下方へ透過してくる光が収束光学系２３により収束されてＣＣＤ素子２２に受光され、光学像が電気信号に変換される。フォーカス調整機構２４は制御部３０からの制御指令に応じて収束光学系２３を駆動することで、ＣＣＤ素子２２に結像する光学像のフォーカス位置を調整する。また、走査駆動機構２５は、光源２９と撮像部２１とを一体的に水平面内で移動させる。したがって、光源２９と撮像部２１との間の位置関係は固定されている。

ウェルプレートＷＰに対してラインセンサであるＣＣＤ素子２２をその素子配列方向と直交する方向に相対移動させることで、ウェルプレートＷＰに対するＣＣＤ素子２２の走査移動が実現され、これによりウェルＷの内容物である生体試料の二次元画像が撮像される。光学走査部２０は制御部３０により制御される。

制御部３０は、ウェルＷ内の試料からの透過光の受光量に応じてＣＣＤ素子２２から出力される電気信号を輝度情報（色濃度値）に変換するＡ／Ｄコンバータ３１と、試料から取得された各画素ごとの色濃度値の集合を画像データとして保持したり、各種の設定データを記憶するメモリ３２と、装置各部を制御する制御手段として機能するＣＰＵ３３と、ＣＰＵ３３からの制御指令に応じてフォーカス調整機構２４および走査駆動機構２５を駆動するドライバ３４とを備えている。なお、メモリ３２は、ＲＯＭやＲＡＭあるいは不揮発性メモリなどにより構成されるものであり、画像データを保持する画像メモリ３２ａを備えるほか、後述するキャリブレーション処理の実行タイミングを設定する際に参照される参照テーブル（ＬＵＴ）３２ｂなどの種々の参照データが予め記憶されている。

また、制御部３０は、ユーザーからの各種操作入力を受け付けたり、ユーザーに対して種々の情報を提示するためのユーザーインターフェース（ＵＩ）部３６を備えている。より具体的には、ＵＩ部３６は、ユーザーからの操作入力を受け付ける受付手段として、操作ボタン、キーボード、マウス、タッチパネル等の入力デバイスを少なくとも１種類備えている。また、ユーザーに情報を提示するための出力手段として、例えば取得した画像やメッセージ等を画面表示するディスプレイを備えている。

制御部３０においては、メモリ３２およびＣＰＵ３３の作用により、各種の処理を行うための機能ブロックとしてスキャン処理部４１と、オートフォーカス（ＡＦ）処理部４２と、シェーディング処理部４３と、第１仮タイマー値決定部４４と、第２仮タイマー値決定部４５と、タイマー値設定部４６と、ユーザー入力値設定部４７と、優先タイマー選択部４８とが実現される（図２参照）。

図２は制御部において実現される機能ブロックとそれらの間のデータとの関係を示す図である。同図において、長方形で囲んだ要素はメモリ３２およびＣＰＵ３３の作用により実現される機能ブロックを表し、長円形で囲んだ要素はデータを表す。

スキャン処理部４１は、実際に生体試料の読み取りを行う本スキャンに係る処理を担う。スキャン処理部４１は、ＵＩ部３６を通じてユーザーから与えられる、読み取り解像度、読み取り領域など本スキャンにおける種々の動作設定に従って光学走査部２０を動作させ、設定された条件で画像データＤＤを取得する。

ＡＦ処理部４２は、収束光学系２３の合焦位置を設定するフォーカス調整処理を担う。ＡＦ処理部４２は、フォーカス調整機構２４を駆動させて、収束光学系２３の合焦位置を変化させつつＡＦ基準板１３の読み取りを行い、その結果に基づいて収束光学系２３の合焦位置を設定する。

シェーディング処理部４３は、読取画像データＤＤに対するシェーディング補正のための処理を行う。シェーディング処理部４３は、白基準板１２の読み取りを行い、その結果に基づいて、シェーディング補正の際の補正係数（後述）を取得するほか、該補正係数を用いて読取画像データＤＤに対しシェーディング補正を行い補正画像データＤＣを生成する。

第１仮タイマー値決定部４４、第２仮タイマー値決定部４５およびタイマー値設定部４６は、いずれも次回のキャリブレーション処理の実行開始時を設定するための処理を担う。また、ユーザー入力値設定部４７は、ユーザーにより設定入力された、当該装置の使用予定時間に関する情報を出力し、優先タイマー値選択部４８は、それらの情報と、タイマー値設定部４６から出力される情報とに基づいて、キャリブレーション処理の実行間隔を規定するタイマー値を最終的に決定する。後述する読取装置１００の動作説明においても、図２に示す処理の流れが随時引用される。

なお、生体物読取装置１００については、試料保持部１０、光学走査部２０および制御部３０が全て一の筐体に一体のものとして組み込まれてもよく、また試料保持部１０および光学走査部２０が一の筐体に本体部として組み込まれ、制御部３０が汎用のパーソナルコンピュータやワークステーションによって実現されて、本体部と通信可能に構成された態様であってもよい。

次に、上記のように構成された生体物読取装置１００の動作について説明する。この生体物読取装置１００は、ユーザーから本スキャン、すなわち試料保持部１０に保持された試料の読み取り動作を開始する旨の指示を受け付けると、指定された条件での読み取り動作（本スキャン）を実行する。また、本スキャンの指示を受けて直ちに読み取り動作を開始できるように、読み取り準備のためのキャリブレーション処理（プレスキャン）を所定の時間間隔で実行する。そして、その時間間隔については一定値とせず、キャリブレーション処理の結果に基づいて動的に更新設定することで、装置の状態変化に対して柔軟に対応することができるようにしている。以下、装置の起動直後からの一連の動作の流れについて説明する。

図３はこの生体物読取装置の動作の概要を示すフローチャートである。また、図４はキャリブレーション処理の動作を示すフローチャートである。これらの処理は、ＣＰＵ３３がメモリ３２に予め記憶された制御プログラムを実行して装置各部に所定の動作を行わせることにより実現される。

装置が起動された後、まず、ＵＩ部３６を介したユーザーによる解像度の設定入力を受け付ける（ステップＳ１０１）。こうして設定された解像度については、以後の一連の動作においては変更されないものとする。解像度が設定されると、本スキャンの前段階の動作として、装置の動作条件を初期化するためにキャリブレーション処理を実行する（ステップＳ１０２）。

なお、本実施形態のキャリブレーション処理においては、オートフォーカス調整処理とシェーディング特性を取得するための処理（シェーディング処理）とを実行するが、これらの処理内容としては公知の技術、例えば前述の特許文献１（特許第４１８１４２２号公報）に記載のものを適用することができる。そこで、ここでは特許文献１に記載の処理を適用するものとして、これらの処理の原理および詳しい動作については説明を省略する。

図４に示すように、キャリブレーション処理では、ＡＦ処理部４２の作用によるＡＦ調整動作が実行される（ステップＳ２０１〜Ｓ２０４）。具体的には、走査駆動機構２５を動作させて撮像部２１をＡＦ基準板１３の直下位置に移動させ（ステップＳ２０１）、光学走査部２０によりＡＦ基準板１３の読み取りを行う（ステップＳ２０２）。ＡＦ基準板１３には所定の基準線が引かれており、収束光学系２３のフォーカス位置をフォーカス調整機構２４により多段階に変更設定しながらその都度基準線の像を取得する。基準線の画像コントラストが最大となるときのフォーカス位置を合焦位置として、そのときの収束光学系２３の設定を第１ＡＦデータＤＡ１として記憶するとともに（ステップＳ２０３）、収束光学系２３をその設定に合わせる（ステップＳ２０４）。

これにより、撮像部２１の合焦位置が最適化される。後述するように、再度のオートフォーカス調整処理が実行されるまでは、このときの第１ＡＦデータＤＡ１に基づいて収束光学系２３が調整された状態で、本スキャンが行われる。

次に、シェーディング処理部４３の作用によるシェーディング処理が実行される（ステップＳ２０５〜Ｓ２０７）。具体的には、走査駆動機構２５を動作させて撮像部２１を白基準板１２の直下位置に移動させ（ステップＳ２０５）、光学走査部２０により白基準板１２の読み取りを行う（ステップＳ２０６）。白基準板１２は所定の光透過率を有する白色の平板であり、白基準板１２の上方に位置決めされた光源２９からの光の一部を透過させて光学走査部２０に入射させる。

白基準板１２の真の色濃度値をＶ、光学走査部２０が白基準板１２を読み取った際の出力値を第１シェーディングデータＤＳ１とすると、試料を読み取った読取画像データＤＤとシェーディング補正後の補正画像データＤＣとの間には、
ＤＣ＝ＤＤ×Ｖ／ＤＳ１ … （式１）
なる関係が、各画素について成り立つ。

シェーディング補正を実行することは、（式１）の関係に基づいて、読取画像データＤＤから補正画像データＤＣを得ることに他ならない。言い換えると、シェーディング処理を実行して第１シェーディングデータＤＳ１を取得することで、以後の読み取りにおけるシェーディング補正を行う際の補正係数、すなわち（式１）右辺の係数（Ｖ／ＤＳ１）が得られることになる。そこで、読み取り結果からこの第１シェーディングデータＤＳ１を取得し記憶保存しておく（ステップＳ２０７）。

このように、シェーディング処理を行うことにより、シェーディング補正を行うために必要な情報が取得される。後述するように、再度のシェーディング処理が実行されるまでは、このときの第１シェーディングデータＤＳ１から求められる係数（Ｖ／ＤＳ１）を補正係数として用いたシェーディング補正が実行されることになる。

図３に戻って、上記のようにしてキャリブレーション処理が終了すると、実際に生体試料を読み取る本スキャンが可能となる。この時点で、タイマー３５に対し、次回のキャリブレーション処理を実行するまでの時間の初期値Ｔ0がタイマー値Ｔとして与えられ（ステップＳ１０３）、直ちにタイマー３５により計時動作（減算カウント）が開始される（ステップＳ１０４）。次のステップＳ１０５〜Ｓ１０７については後に詳しく説明する。

タイマー３５の動作中は、スキャン処理部４１によって常にユーザーからのＵＩ部３６を介したスキャン指示の有無が監視される（ステップＳ１０８）。タイマー動作中に試料保持部１０にウェルプレートＷＰが載置されてスキャン指示が与えられると（ステップＳ１０８においてＹＥＳ）、スキャン処理部４１の作用により、生体試料を読み取る本スキャンが実行される（ステップＳ１０９）。スキャン処理部４１は、ドライバ３４を通じて走査駆動機構２５を駆動しつつ、光源２９から照射される光のウェルＷからの透過光をＣＣＤ素子２２で受光し、Ａ／Ｄコンバータ３１を介して読取画像データＤＤを取得する。読取画像データＤＤに対して、各画素ごとに（式１）に基づいてシェーディング補正が実行されて、補正画像データＤＣが得られる。補正画像データＤＣが、生体物読取装置１００の出力として、種々の画像処理装置等で利用される。

本スキャンの実行の有無に関わらず、タイマー３５の動作開始から時間Ｔ0が経過してタイマー値が０に達すると（ステップＳ１１０においてＹＥＳ）、再びキャリブレーション処理が実行される（ステップＳ１１１）。本スキャンが実行されているときは、本スキャン実行後にステップＳ１１０の判断がなされることで、本スキャンの実行後にキャリブレーション処理が行われる。

このときのキャリブレーション処理の内容は、上述の場合と同様である。ただしその際、前回に取得された第１シェーディングデータＤＳ１および第１ＡＦデータＤＡ１はそれぞれ第２シェーディングデータＤＳ２および第２ＡＦデータＤＡ２として保存される。そして、新たに実行されるキャリブレーション処理によって、第１シェーディングデータＤＳ１および第１ＡＦデータＤＡ１の新たな値が取得される。以降、キャリブレーション処理が実行される度に、前回取得された第１シェーディングデータＤＳ１および第１ＡＦデータＤＡ１によって第２シェーディングデータＤＳ２および第２ＡＦデータＤＡ２がそれぞれ書き換えられる。

ステップＳ１１１において再度のキャリブレーション処理が行われると、前回取得されたデータと今回新たに取得されたデータとの差異に基づいて、次回のタイマー３５の動作のためのタイマー値Ｔが新たに設定される（ステップＳ１１２〜Ｓ１１４）。具体的には、まず第１タイマー値決定部４４により、第１ＡＦデータＤＡ１と第２ＡＦデータＤＡ２との差分値に基づいて第１仮タイマー値Ｔｘが決定される（ステップＳ１１２）。さらに、第２仮タイマー値決定部４５により、第１シェーディングデータＤＳ１と第２シェーディングデータＤＳ２との差分値に基づいて第２仮タイマー値Ｔｙが決定される（ステップＳ１１３）。そして、タイマー値設定部４６により、第１仮タイマー値Ｔｘと第２仮タイマー値Ｔｙとが比較され、より小さい値が、次回のタイマー値Ｔとして設定される（ステップＳ１１４）。ここで、Ｍｉｎ（Ｘ，Ｙ）は、値Ｘ、Ｙのうち小さい方の値を返す関数を表す。

第１仮タイマー値決定部４４における第１仮タイマー値Ｔｘの決定と、第２仮タイマー値決定部４５における第２仮タイマー値Ｔｙの決定とは、いずれも、相前後する２回のキャリブレーション処理におけるデータの差分値について参照テーブル３２ｂを参照することにより行われる。具体的には、第１参照テーブル（ＬＵＴ）は、第１ＡＦデータＤＡ１と第２ＡＦデータＤＡ２との差分値ΔＸと第１仮タイマー値Ｔｘとの関係を表し、第２参照テーブル（ＬＵＴ）は第１シェーディングデータＤＳ１と第２シェーディングデータＤＳ２との差分値ΔＹと第２仮タイマー値Ｔｙとの関係を表している。

第１ＬＵＴおよび第２ＬＵＴのいずれにおいても、差分ΔＸあるいはΔＹが大きいほど、第１仮タイマー値Ｔｘあるいは第２仮タイマー値Ｔｙを小さな値として設定するように、差分値と仮タイマー値との対応付けがなされている。例えば起動直後など、生体物読取装置１００の動作が十分に安定していないときには、光源２９の光量の変動が大きいなどの理由で、シェーディング処理やＡＦ調整処理において取得される第１シェーディングデータＤＳ１や第１ＡＦデータＤＡ１の変化が大きく、それぞれの差分値が大きくなると推定される。こうした場合は、それらの変化を読み取り画像品質の維持に適切に反映するにはキャリブレーション処理を短い時間間隔で行うことが望ましい。よって、仮タイマー値が小さな値として設定されることになる。

反対に、動作が安定している場合には、第１シェーディングデータＤＳ１や第１ＡＦデータＤＡ１の経時的な変動は小さいものと推定される。こうした場合は、取得されてから比較的長い時間が経過した第１シェーディングデータＤＳ１や第１ＡＦデータＤＡ１を用いて本スキャンやシェーディング補正などを行っても、読み取り画像の品質に対する影響は小さいと考えられるので、仮タイマー値が大きな値として設定されることになる。ステップＳ１１４において、第１仮タイマー値Ｔｘおよび第２仮タイマー値Ｔｙのうち値が小さい方がタイマー値Ｔとして設定されるのは、変動の影響がなるべく生じないようにするためである。

こうしてタイマー値Ｔが更新設定されると、ステップＳ１０４に戻り、新たにタイマー動作が開始されて上記のような処理が繰り返されることとなる。すなわち、ユーザーからスキャンの指示があった場合には、直前のキャリブレーション処理の結果により得られた第１シェーディングデータＤＳ１および第１ＡＦデータＤＡ１に基づいて、直ちに本スキャンおよびその後のシェーディング補正が行われる。また、生体物読取装置１００の稼働安定性に応じて定まるタイマー値Ｔが０に達する度に、キャリブレーション処理が行われ、第１シェーディングデータＤＳ１および第１ＡＦデータＤＡ１が更新される。そのため、以降のスキャン指示に対して、直近の装置の状態をより反映した試料の読み取りが行われることになる。これにより、スキャン指示を行ってから本スキャンの待ち時間が削減されてスループットが向上し、かつ、読み取り品質が劣化することもない生体物読取装置１００が実現されることになる。

ところで、上記のような生体物読取装置１００のように、生物・医療などの理化学分野で用いられる読取装置においては、キャリブレーション処理により常に動作条件が最適化された状態で品質の良好な画像を得たいという要求が当然にある。その反面、ユーザーが所望する一定の期間については、キャリブレーション処理が実行されない方が望ましい場合がある。例えば、複数の試料を比較対照したり、あるいは同一の試料を異なるタイミングで観察する際に、それぞれの読み取りが同一の読み取り動作条件で行われることが求められることがある。また、ユーザーが読み取りを開始しようとした時にキャリブレーション処理が実行中であると、処理が終わるまでユーザーは待たされることになるが、例えば生体試料では時間とともに試料自体が変化してゆくためこのような待ち時間が許容されない場合もある。このようなニーズに対応して、一定の期間、キャリブレーション処理を禁止する期間をユーザー設定により設けることができる機能が望まれる。

そこで、この実施形態では、キャリブレーション処理の禁止期間に関するユーザーからの予約設定入力を受け付け、設定された内容と現在のタイマー値とを比較して、必要に応じキャリブレーション処理の実行タイミングを調整することができるようにしている。これを可能とするための処理ステップが、図３に示すステップＳ１０５〜Ｓ１０７である。なお、禁止期間の設定処理については、ユーザーが任意のタイミングで設定入力を行うことができるよう、割込み処理としている。したがって、ユーザーは、装置の動作中はいつでも禁止期間の設定操作を行うことができる。

図５はユーザー操作に起因して実行される割込み処理を示すフローチャートである。本スキャン動作中、キャリブレーション処理中および待機中の期間を含め、装置の動作中ＵＩ部３６は常時ユーザーからの操作入力を受け付け可能な待機状態となっている。ユーザーからの予約入力操作を受け付けると、図５に示す割込み処理がＣＰＵ３３により実行される。

ユーザーは、次回に実行すべき本スキャンに関する予約入力として、次回の本スキャンを開始する読み取り開始時に関する設定と、読み取り開始時以降、装置の動作条件を変えずに維持すべき時間（使用時間）に関する設定と、これらにより設定される予約内容の実行指示に関する設定とを行うことができる。ユーザーの操作が、次の本スキャンを開始すべき読み取り開始時の設定に関するものであれば（ステップＳ３０１）、ＵＩ部３６が該入力を受け付け、ユーザー入力値設定部４７が入力された内容を開始時間Ｔｓとして設定する（ステップＳ３０２）。この際の設定入力としては、読み取りを開始すべき時刻に関するものであってもよく、また現時点から読み取りを開始すべき時までの待機時間の長さに関するものであってもよい。いずれの場合でも、ユーザー入力値設定部４７は現在から次の読み取りを開始するまでの時間として開始時間Ｔｓを設定する。

また、ユーザーの操作が使用時間の設定に関するものであれば（ステップＳ３０３）、ＵＩ部３６が該入力を受け付け、ユーザー入力値設定部４７が入力された内容を使用時間Ｔｔとして設定する（ステップＳ３０４）。この際の設定入力としては、キャリブレーション処理を禁止する禁止期間の終了時刻に関するものであってもよく、また読み取り開始から禁止期間の終了までの時間の長さに関するものであってもよい。いずれの場合でも、ユーザー入力値設定部４７は次の読み取り開始からそれが終了するまでの時間として使用時間Ｔｔを設定する。開始時間Ｔｓおよび使用時間Ｔｔによって規定される期間が、キャリブレーション処理を回避すべきキャリブレーション禁止期間として扱われる。

また、ユーザーの操作が、設定された予約内容の実行指示に関するものであれば（ステップＳ３０５）、予約実行の指示があったことを示すＣＰＵ３３内の予約フラグをセットして（ステップＳ３０６）、割込み処理を終了する。一連の割込み処理ではこれらの設定入力を個別に行うことができる。したがって、例えば読み取り開始までの待機時間およびそこからの使用時間に関する予約設定だけを事前に行っておき、必要なタイミングで該予約の実行を開始させるといった使い方が可能である。

こうして予約入力がなされたときの生体物読取装置１００の動作について、図３を参照して説明する。タイマー３５の計時動作中、予約フラグがセットされているか否かが判定される（ステップＳ１０５）。予約フラグがセットされていないとき（ステップＳ１０５においてＮＯ）の動作は前述の通りであり、ユーザーからスキャン指示があれば本スキャンを実行し（ステップＳ１０８、Ｓ１０９）、タイマー値Ｔが０になれば（ステップＳ１１０）、キャリブレーション処理を実行してタイマー値Ｔの更新設定を行う（ステップＳ１１１〜Ｓ１１４）。

一方、ステップＳ１０５においてＹＥＳ、つまり予約フラグがセットされていたときには、現在のタイマー値Ｔと、予約入力により設定された開始時間Ｔｓおよび使用時間Ｔｔと、装置内で予め把握されている、キャリブレーション処理の所要時間Ｔｃとを以下の不等式：
Ｔｓ−Ｔｃ＜Ｔ＜Ｔｓ＋Ｔｔ … (式２)
に適用して、当該不等式（式２）が成立するか否かを判断する（ステップＳ１０６）。なお、予約フラグはリセットされる。

ステップＳ１０６においてＹＥＳ、つまり（式２）の関係が成立しているとき、タイマー値Ｔはそのときの値に関わらず（Ｔｓ−Ｔｃ）に変更される（ステップＳ１０７）。一方、ステップＳ１０６においてＮＯ、つまり（式２）が成立しなかったときは、ステップＳ１０７がスキップされる。したがってこの場合、タイマー値Ｔはそのまま維持される。具体的には、優先タイマー値選択部４８が上記判断を行い、必要に応じてタイマー値Ｔの更新を行う。このようにすることで、上記したユーザーのニーズに応えることが可能である。その原理について以下に説明する。

図６はタイマー値とキャリブレーション処理の実行タイミングとの関係を示す図である。図６（ａ）および図６（ｂ）では、横軸を時刻、縦軸をタイマー値Ｔとして、タイマー値Ｔの変化およびそれに基づくキャリブレーション処理の実行タイミングを示している。

まず、ユーザーによる予約入力がない場合の動作について、図６（ａ）を参照して説明する。時刻０で装置が起動されると、直後に最初のキャリブレーション処理（図３のステップＳ１０２）が実行される。キャリブレーション処理の実行に要する時間がキャリブレーション所要時間Ｔｃである。そして、タイマー値Ｔが初期値Ｔ0に設定されてタイマー３５による計時動作が開始される。時刻が進むにつれてタイマー値Ｔは減ってゆき、０になった時点で新たにキャリブレーション処理が実行されて、その結果、タイマー値Ｔは新たな値Ｔ1に更新される。

そして、時間Ｔ1が経過しタイマー値Ｔが０になると、再びキャリブレーション処理が実行され、タイマー値Ｔがさらに新たな値Ｔ2に更新設定される。このようにして、キャリブレーション処理が繰り返し実行される。なお、ユーザーから本スキャンの指示入力があった場合、該指示がキャリブレーション処理の実行中にあれば当該キャリブレーションを完了してから本スキャンを実行する。また、キャリブレーション処理を実行しない待機期間中に本スキャンの指示入力があれば、直ちに本スキャンを実行し、その実行中にタイマー値Ｔが０に達すれば本スキャンの終了後にキャリブレーション処理を実行する。なお、図におけるタイマー設定値Ｔ0、Ｔ1およびＴ2は一例を示したものにすぎず、これらの値の大小関係は装置の状態に応じて変化するものである。

一方、ユーザーからの予約入力があった場合には、現在のタイマー値Ｔと、予約入力により設定された開始時間Ｔｓおよび使用時間Ｔｔと、キャリブレーション処理の所要時間Ｔｃとの値に応じてその後の動作が異なる。図６（ｂ）に示すように、ある時刻ｔ0においてユーザーから予約設定がなされた場合を考える。ユーザー操作により設定されるのは、現在時刻ｔ0から次の読み取りを開始するまでの開始時間Ｔｓと、該読み取り開始時から禁止期間が終了するまでの使用時間Ｔｔとである。図６（ｂ）に示す関係から明らかなように、ユーザーがキャリブレーション処理を禁止したいキャリブレーション禁止期間は、現在の時刻ｔ0から開始時間Ｔｓが経過した時刻ｔ1（＝ｔ0＋Ｔｓ）から始まり、それからさらに使用時間Ｔｔが経過した時刻ｔ2（＝ｔ0＋Ｔｓ＋Ｔｔ）に終了する。

このとき、同図に「ケース１」として示すように、時刻ｔ0におけるタイマー値Ｔが（Ｔｓ−Ｔｃ）以下であれば、その後タイマー値Ｔが０に達しキャリブレーション処理が行われたとしても、キャリブレーション禁止期間の始まりである時刻ｔ1の時点でキャリブレーション処理を終了させておくことが可能である。したがって、キャリブレーション禁止期間の到来と同時に、ユーザーはキャリブレーション処理により最適化された動作条件下で本スキャンを実行することができる。したがってこのケースでは、キャリブレーション禁止期間中にキャリブレーション処理を実行すべきタイミングが到来することがないので、キャリブレーション処理の実行タイミングを調整する必要はない。

また、「ケース２」として示すように、時刻ｔ0におけるタイマー値Ｔが（Ｔｓ＋Ｔｔ）以上であれば、次回のキャリブレーション処理が開始されるのはキャリブレーション禁止期間が終了する時刻ｔ2以後であるので、この場合もキャリブレーション処理の実行タイミングの調整は不要である。

一方、時刻ｔ0におけるタイマー値Ｔがこれらの中間の値である、つまり（式２）が成立するときには、そのままタイマー計時を継続した場合、「ケース３」として示す比較例のように、キャリブレーション禁止期間と、キャリブレーション処理の実行期間とが少なくとも一部において重複してしまう。すなわち、キャリブレーション禁止期間中にキャリブレーション処理を開始すべきタイミングが到来するか、キャリブレーション処理の実行中にキャリブレーション禁止期間が到来するかのいずれかの状態となる。そのため、キャリブレーション処理の実行タイミングの調整が必要である。

ここで、キャリブレーション禁止期間中に実行時期が到来するキャリブレーション処理については、キャリブレーション禁止期間の到来前に実行するケースと、該期間の終了後まで実行を保留するケースとが考えられる。後者の場合、本来実行されるべき時間間隔を超えてキャリブレーション処理が実行されない状態となるため、装置特性の経時変化に起因する読み取り品質の低下が問題となり得る。したがって、キャリブレーション処理の実行タイミングを本来より早め、しかも、該処理がキャリブレーション禁止期間の到来前に終了するようにする必要がある。

そこで、この実施形態では、「ケース４」として示すように、時刻ｔ0におけるタイマー値Ｔが（式２）を満たすときには、タイマー値Ｔを（Ｔｓ−Ｔｃ）に変更する（図３のステップＳ１０７）。このようにすると、その後のタイマー計時動作でタイマー値Ｔが０になるのは、キャリブレーション禁止期間の開始時刻ｔ1よりもキャリブレーション所要時間Ｔｃだけ早い時刻となる。したがって、その時点でキャリブレーション処理が行われると、当該キャリブレーション処理の終了とともにキャリブレーション禁止期間が開始されることになる。これにより、キャリブレーション禁止期間中のキャリブレーション処理が回避されるとともに、該期間中は直前のキャリブレーション処理により最適化された動作条件で読み取りを行うことができる。

生体物読取装置においては、次の読み取り作業を開始するまでの準備期間の長さや読み取り作業に要する時間は、読み取りの対象物や目的、また各種器具についてのユーザーの操作習熟度等によってまちまちである。したがって、例えば一定時間ごとに、あるいは装置の状態変化の態様に応じて自動的に定まる周期でキャリブレーション処理を行うだけでは、そのような多様なニーズに応えることができない。これに対し、この実施形態の生体物読取装置１００では、開始時および終了時をユーザー操作により設定可能なキャリブレーション禁止期間を設け、この間にはキャリブレーション処理が行われないようにする。これにより、上記した種々のニーズに対応することが可能となっており、特に細胞等を含む試料の読み取りを求められる読取装置として有用なものとなっている。

より具体的には、キャリブレーション禁止期間中に到来するキャリブレーション処理についてはその開始タイミングを早め、かつキャリブレーション禁止期間の到来時点でキャリブレーション処理が終了するようにしている。このように、本来の実行タイミングよりも早めてキャリブレーション処理を実行することで、装置特性の経時変化に起因する読み取り品質の低下を防止して、動作条件が最適化された状態でキャリブレーション禁止期間が到来することとなる。そのため、ユーザーが設定したキャリブレーション禁止期間中は、直前に最適化された動作条件下での読み取りが可能となり、良好な読み取り品質を得ることができる。

以上説明したように、この実施形態においては、ウェルプレートＷＰ、特にそのウェルＷとその内部の試料とが本発明の「読み取り対象物」に相当している。また、走査光学部２０、特に撮像部２１が本発明の「読取手段」として機能しており、そのうちＣＣＤ素子２２および収束光学系２３がそれぞれ本発明の「受光部」および「収束光学系」として機能している。また、光源２９が本発明の「照明手段」として機能している。また、ＵＩ部３６が本発明の「受付手段」として機能している。また、白基準板１２およびＡＦ基準板１３がいずれも本発明の「基準物」として機能している。

また、図３のフローチャートにおいては、ステップＳ１０３およびＳ１１２〜Ｓ１１４が本発明の「設定工程」に相当する一方、ステップＳ１０２、Ｓ１１１および図４の全ステップが本発明の「キャリブレーション工程」に相当している。また、ステップＳ１０９が、本発明の「読み取り工程」に相当している。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上述したもの以外に種々の変更を行うことが可能である。例えば、上記実施形態では、キャリブレーション処理としてフォーカス調整処理およびシェーディング特性を取得するための処理を行っているが、本発明の「キャリブレーション処理」の内容はこれに限定されず、装置の動作条件を最適化するための種々の調整処理をキャリブレーション処理として適用することが可能である。また例えば、上記のフォーカス調整処理およびシェーディング特性を取得するための処理の一方のみをキャリブレーション処理として実行してもよい。またそれらの処理内容も、上記したものに限定されない。

また、上記実施形態では、キャリブレーション処理の実行結果に基づいて次回のキャリブレーション処理の開始時を動的に設定しているが、本発明の適用対象はこれに限定されない。すなわち、例えば予め定められた一定の時間間隔で定期的にキャリブレーション処理を実行する装置に対しても、本発明を適用することが可能である。また、次回のキャリブレーション処理の開始時を設定する方法についても、上記に限定されない。

また、上記実施形態では、ウェルプレートＷＰに対する撮像部２１の走査移動を、ウェルプレートＷＰを固定し、光源２９と撮像部２１とを一体的にウェルプレートＷＰに対して移動させることにより実現している。しかしながら、光源２９と撮像部２１とを固定してウェルプレートＷＰを移動させる構成によっても同様の走査移動を実現することが可能であり、そのような構成の装置に対しても、本発明を適用することが可能である。また上記実施形態では読み取り対象物であるウェルプレートＷＰを挟んで光源２９および撮像部２１を配置した構成であるが、これらをウェルプレートＷＰに対して同じ側に配置し、ウェルＷからの反射光を読み取る装置に対しても、本発明を適用可能である。

この発明は、例えば医療・生物科学分野で用いられるウェルプレート上のウェルのような、例えば生体物を含む試料の読み取りを必要とする分野に特に好適に適用することができるが、その応用分野は医療・生物科学分野に限定されない。

１２ 白基準板（基準物）
１３ ＡＦ基準板（基準物）
２０ 走査光学部（読取手段）
２１ 撮像部（読取手段）
２２ ＣＣＤ素子（受光部）
２３ 収束光学系
２９ 光源（照明手段）
３６ ＵＩ部（受付手段）
１００ 生体物読取装置
Ｓ１０２，Ｓ１１１，Ｓ２０１〜Ｓ２０７ キャリブレーション工程
Ｓ１０３，Ｓ１１２〜Ｓ１１４ 設定工程
Ｓ１０９ 読み取り工程
Ｗ ウェル（読み取り対象物）
ＷＰ ウェルプレート（読み取り対象物）

Claims (12)

1. 読み取り対象物に対し相対的に走査移動しながら、前記読み取り対象物を光学的に読み取る読取手段と、
   予め定められたキャリブレーション開始時が到来すると、予め用意された基準物を前記読取手段により読み取らせ、その読み取り結果に基づいて前記読取手段の動作条件を最適化するキャリブレーション処理を実行するキャリブレーション実行手段と、
   ユーザーによる前記キャリブレーション処理の禁止期間に関する設定入力を受け付ける受付手段と
   を備え、
   前記キャリブレーション実行手段は、前記キャリブレーション開始時の到来により開始すべき前記キャリブレーション処理の実行期間の少なくとも一部が前記禁止期間と重複するとき、前記キャリブレーション開始時を変更する
   ことを特徴とする読取装置。
2. 前記キャリブレーション実行手段は、前記キャリブレーション開始時を早めて前記キャリブレーション処理を前記禁止期間の到来前に終了させる請求項１に記載の読取装置。
3. 前記キャリブレーション実行手段は、前記キャリブレーション処理の実行結果に基づいて、次回の前記キャリブレーション開始時を更新設定する請求項１または２に記載の読取装置。
4. 前記受付手段は、前記禁止期間の開始時と、前記禁止期間の長さとに関する設定入力を受け付ける請求項１ないし３のいずれかに記載の読取装置。
5. 前記読み取り対象物に光を照射する照明手段を有し、前記キャリブレーション実行手段は前記照明手段および前記読取手段のシェーディング特性を取得する処理を含む前記キャリブレーション処理を実行する請求項１ないし４のいずれかに記載の読取装置。
6. 前記読取手段は、光を受光して電気信号に変換する受光部と、前記読み取り対象物の像を前記受光部に結像させる収束光学系とを有し、前記キャリブレーション実行手段は、前記収束光学系のフォーカス調整処理を含む前記キャリブレーション処理を実行する請求項１ないし５のいずれかに記載の読取装置。
7. 読み取り対象物に対し相対的に読取手段を走査移動させながら該読み取り対象物を光学的に読み取る読取装置の読み取り準備方法において、
   キャリブレーション処理を開始すべきキャリブレーション開始時を設定する設定工程と、
   前記キャリブレーション開始時が到来すると、前記キャリブレーション処理として、予め用意された基準物を前記読取手段により読み取らせるとともにその読み取り結果に基づいて前記読取手段の動作条件を最適化する処理を実行するキャリブレーション工程と
   を備え、
   ユーザーによる前記キャリブレーション処理の禁止期間に関する設定入力を受け付け、該設定入力を受け付けたときには、前記キャリブレーション開始時の到来により開始すべき前記キャリブレーション処理の実行期間の少なくとも一部が前記禁止期間と重複するか否かを判断し、重複するときには前記キャリブレーション開始時を変更する
   ことを特徴とする読み取り準備方法。
8. 前記キャリブレーション処理の実行期間が前記禁止期間と重複するとき、前記キャリブレーション開始時を早めて前記キャリブレーション処理を前記禁止期間の到来前に終了させる請求項７に記載の読み取り準備方法。
9. 前記設定工程では、直前の前記キャリブレーション処理の実行結果に基づいて、次回の前記キャリブレーション開始時を更新設定する請求項７または８に記載の読み取り準備方法。
10. 前記キャリブレーション処理は、前記読み取り対象物に光を照射する照明手段および前記読取手段のシェーディング特性を取得する処理を含む請求項７ないし９のいずれかに記載の読み取り準備方法。
11. 前記キャリブレーション処理は、前記読取手段に設けられた収束光学系のフォーカス調整処理を含む請求項７ないし１０のいずれかに記載の読み取り準備方法。
12. 読み取り対象物を光学的に読み取る読取手段により、前記読み取り対象物を読み取る読み取り方法において、
    予め用意された基準物を前記読取手段により読み取らせるとともにその読み取り結果に基づいて前記読取手段の動作条件を最適化するキャリブレーション処理を実行するキャリブレーション工程と、
    前記読み取り対象物に対し相対的に読取手段を走査移動させながら前記読み取り対象物を光学的に読み取る読み取り工程と
    を備え、
    所定のキャリブレーション開始時が到来した時に前記キャリブレーション工程を実行する一方、ユーザーから禁止期間が設定入力されると、前記禁止期間の到来前に前記キャリブレーション工程を終了し、または、前記禁止期間の終了後に前記キャリブレーション工程を開始する
    ことを特徴とする読み取り方法。

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