JP6161399B2

JP6161399B2 - 顕微鏡システム

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Publication number: JP6161399B2
Application number: JP2013105000A
Authority: JP
Inventors: 高見澤　伸拡; 伸拡高見澤
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2013-05-17
Filing date: 2013-05-17
Publication date: 2017-07-12
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Also published as: JP2014224954A; US9581801B2; US20140340504A1; EP2804037A1

Description

本発明は、顕微鏡システムに関するものである。

従来、分子の結合と分離もしくは拡散と凝集といった分子間相互作用を解析する方法としてＦＲＥＴ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒ）やＦＲＡＰ（ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＲｅｃｏｖｅｒｙＡｆｔｅｒＰｈｏｔｏｂｌｅａｃｈｉｎｇ）といった実験が知られている。ＦＲＥＴおよびＦＲＡＰでは、観察対象の画像取得と観察対象への光刺激とを高速かつ高精度に同期することが求められており、これを行う走査型レーザ顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特許文献１に記載の走査型レーザ顕微鏡は、観察位置およびその観察位置に照射するレーザ光の出力と、刺激位置およびその刺激位置に照射するレーザ光の出力とをシステムに登録しておき、登録した観察位置および刺激位置とそれぞれのレーザ光の出力とに基づいて標本を観察および光刺激することにより、ＦＲＥＴやＦＲＡＰを行うようになっている。

特開２００２−１３１６４５号公報

一般的に、ＦＲＥＴやＦＲＡＰでは、実験結果の定量性を確保するために、同一もしくは異なる条件下で準備した複数の標本に対して同じ実験を行い、統計解析を実施することが多い。しかしながら、従来の走査型レーザ顕微鏡では、このように複数の標本に実験する場合に、顕微鏡下に最初の標本を載置し、観察条件および刺激条件を設定し、実験を行い、その実験結果を保存して次の標本に移動するといった同じ手順を繰り返し行わなければならず、手間がかかるという不都合ある。

本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、複数の標本に対して、観察および光刺激による同じ実験をユーザの手間を軽減して行うことができる顕微鏡システムを提供することを目的としている。

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。
本発明は、標本の観察位置の画像情報を取得する観察光学系と、前記標本に刺激光を照射する刺激光学系と、前記標本の低倍率の前記画像情報の観察範囲内に、高倍率の前記画像情報を取得しようとする複数の高倍観察位置を設定する観察位置設定部と、前記高倍観察位置に関連付けて、各前記高倍観察位置で取得される高倍率の前記画像情報の観察範囲に対してその一部の領域に前記刺激光を照射しようとする、複数の前記高倍観察位置に共通の刺激位置を設定する刺激位置設定部と、前記観察位置設定部により設定された複数の前記観察位置を切り替える観察位置切り替え部と、前記観察光学系による画像情報の取得と前記刺激光学系による刺激光の照射とのタイミングを対応付ける共通の同期条件を設定する同期条件設定部と、前記共通の刺激位置および前記共通の前記同期条件を観察条件として複数の前記高倍観察位置のそれぞれに対応付けて登録する観察条件登録部と、前記観察位置切り替え部により前記高倍観察位置を切り替え、前記観察条件登録部に登録されている前記観察条件に従って、前記観察光学系により各前記高倍観察位置の高倍率の前記画像情報を取得し前記刺激光学系により各前記刺激位置に刺激光を照射させる制御部とを備える顕微鏡システムを提供する。

本発明によれば、観察位置設定部により標本の複数の高倍観察位置が設定されると、刺激位置設定部により高倍観察位置に関連付けられて設定される共通の刺激位置と、同期条件設定部により設定される観察光学系による画像情報の取得のタイミングと刺激光学系による光刺激のタイミングとが対応付けられた共通の同期条件とが、観察条件として複数の高倍観察位置に対応付けられて登録される。

そして、制御部が、観察位置切り替え部により高倍観察位置を切り替えながら、観察条件登録部に登録されている観察条件に従って観察光学系により各高倍観察位置の高倍率の画像情報を取得し、刺激光学系により各刺激位置に刺激光を照射することで、共通の刺激位置および同期条件を設定するまでの準備作業をユーザが行った後は、高倍観察位置ごとの高倍率の画像情報の取得および刺激位置の光刺激を自動化することができる。したがって、複数の標本に対して高倍観察位置ごとに観察および光刺激による同じ実験をユーザの手間を軽減して行うことができる。観察位置および刺激位置は、ほぼ面積を有さない点でもよいし、面積を有する領域でもよい。

上記発明においては、前記観察位置設定部が、前記共通の刺激位置が前記高倍観察位置ごとに所望の位置となるようにこれらの高倍観察位置を設定することとしてもよい。

このように構成することで、観察位置設定部により、複数の高倍観察位置を設定するのと同時に高倍観察位置ごとに標本の所望の箇所に刺激位置が配置されるので、刺激位置設定部により高倍観察位置ごとに所望の刺激位置を１回で設定することができる。したがって、１度設定した刺激位置を調整し直す手間を省き、複数の標本に対して高倍観察位置ごとに同じ観察および光刺激による実験を簡易かつ精度よく行うことができる。

上記発明においては、前記観察条件登録部により各前記高倍観察位置に対応付けられて登録されている前記刺激位置をユーザの指示に従い前記高倍観察位置ごとに所望の位置に調整して各前記観察条件を更新する観察条件更新部を備え、前記制御部が、前記観察条件更新部により更新された前記高倍観察位置ごとの前記観察条件に従って前記観察光学系および前記刺激光学系を制御することとしてもよい。

このように構成することで、観察位置設定部により共通の刺激位置の配置を考慮せずに複数の高倍観察位置を設定することができる。また、観察条件更新部により高倍観察位置ごとに更新された観察条件により、複数の標本に対して高倍観察位置ごとに同じ観察および光刺激を精度よく行うことができる。

本発明は、標本の観察位置の画像情報を取得する観察光学系と、前記標本に刺激光を照射する刺激光学系と、前記標本の低倍率の前記画像情報の観察範囲内に、高倍率の前記画像情報を取得しようとする複数の高倍観察位置を設定する観察位置設定部と、該観察位置設定部により設定された複数の前記高倍観察位置を切り替える観察位置切り替え部と、複数の前記高倍観察位置のそれぞれにおいて前記観察光学系により取得された高倍率の前記画像情報を処理して各前記高倍観察位置の特徴を抽出する画像情報処理部と、該画像情報処理部により抽出された前記特徴に基づいて、前記高倍観察位置ごとに当該高倍率の前記画像情報の観察範囲における一部の領域に前記刺激光を照射しようとする個別の刺激位置を設定する刺激位置設定部と、前記観察光学系による画像情報取得と前記刺激光学系による刺激光の照射とのタイミングを対応付ける共通の同期条件を設定する同期条件設定部と、前記個別の刺激位置および前記共通の同期条件を観察条件として複数の前記高倍観察位置のそれぞれに対応付けて登録する観察条件登録部と、前記観察位置切り替え部により前記高倍観察位置を切り替え、前記観察条件登録部に登録されている前記観察条件に従って前記観察光学系により各前記高倍観察位置の高倍率の前記画像情報を取得し前記刺激光学系により各前記刺激位置に刺激光を照射させる制御部とを備える顕微鏡システムを提供する。

本発明によれば、観察光学系により取得された高倍率の画像情報を画像情報処理部により処理して抽出した各高倍観察位置の特徴に基づいて、刺激位置設定部により高倍観察位置ごとに個別に刺激位置が設定される。したがって、ユーザは、観察位置設定部による複数の高倍観察位置の設定と同期条件設定部による同期条件の設定までの準備作業を行うだけで、高倍観察位置ごとの高倍率の画像情報の取得および刺激位置の光刺激を自動化することができる。これにより、ユーザの手間を大きく省き、複数の標本に対して高倍観察位置ごとに同じ観察および光刺激による実験をより簡易かつ効率的に行うことができる。観察位置および刺激位置は、ほぼ面積を有さない点でもよいし、面積を有する領域でもよい。

本発明によれば、複数の標本に対して、観察および光刺激による同じ実験をユーザの手間を軽減して行うことができるという効果を奏する。

本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。（ａ）は同期条件として、観察光学系により画像を取得しながら刺激光学系により光刺激するパターンを示す図であり、（ｂ）は同期条件として、刺激光学系による光刺激に対して時間的に前後して観察光学系により画像取得を行うパターンを示す図である。複数の標本を有するウェル全体の画像を示す図である。ウェル全体の画像において基準となる観察位置を入力した様子を示す図である。基準観察位置の画像の標本上で刺激したい刺激位置を入力した様子を示す図である。ウェル全体の画像において全ての観察位置を入力した様子を示す図である。本発明の第２実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。本発明の第３実施形態に係る顕微鏡システムを示す概略構成図である。同期条件として、同一の走査光学系により画像取得、光刺激、画像取得を順に行うパターンを示す図である。

〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システム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１００は、図１に示すように、標本Ｓを載置するステージ(観察位置切替部）１と、照明光（レーザ光）を発生する観察光源３と、観察光源３から発せられた照明光を標本Ｓに照射し、標本Ｓの観察位置の画像情報を取得する観察光学系５と、刺激光（レーザ光）を発生する刺激光源７と、刺激光源７から発せられた刺激光を観察範囲内の標本Ｓに照射する刺激光学系９と、ユーザからの指示が入力される入力装置１１と、観察光学系５および刺激光学系９等を制御するＰＣ（ＰｅｒｓｏｎａｌＣｏｍｐｕｔｅｒ）１３と、標本Ｓの画像等を表示するモニタ１５とを備えている。

ステージ１は、標本Ｓに照射される照明光および刺激光の光軸に対して直交するＸＹ方向に移動可能に設けられている。ステージ１を移動させることで、照明光にして標本ＳをＸＹ方向に移動させて、観察光学系５の観察位置を切り替えることができるようになっている。

観察光学系５は、観察光源３から発せられた照明光を標本Ｓ上で走査させる走査光学ユニット（ＭａｉｎＳｃａｎｎｅｒ）２１と、走査光学ユニット２１を通過した照明光をリレーするリレーレンズ２３と、リレーレンズ２３によりリレーされた照明光を反射する反射ミラー２５と、反射ミラー２５により反射された照明光を平行光にする結像レンズ２７と、結像レンズ２７により平行光となった照明光を標本Ｓに照射する一方、照明光が照射されることにより標本Ｓにおいて発生する蛍光を含む戻り光を集光する対物レンズ２９とを備えている。

走査光学ユニット２１は、互いに直交する揺動軸回りに揺動可能に設けられたＹ方向スキャナ２１ＡとＸ方向スキャナ２１Ｂとを備えている。これらのスキャナ２１Ａ，２１Ｂは、観察光源３から入射された照明光を互いに直交する２方向に偏向して、標本Ｓ上で２次元的に走査させることができるようになっている。また、走査光学ユニット２１は、各スキャナ２１Ａ，２１Ｂの揺動角度に基づき照明光の走査位置を示す走査位置情報をＰＣ１３に送るようになっている。

対物レンズ２９は、図示しないレボルバに取り付けられており、レボルバにより倍率が異なる他の対物レンズに切り替えることができるようになっている。

また、観察光学系５には、対物レンズ２９により集光されてレーザ光の光路を戻る戻り光をレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラー３１と、ダイクロイックミラー３１により分岐された戻り光から蛍光波長のみを選択的に通過させる測光フィルタ３３と、測光フィルタ３３を通過した蛍光を集光する集光レンズ３５と、集光レンズ３５により集光された蛍光の通過を制限するピンホール３７と、ピンホール３７を通過した蛍光を検出する光電変換素子３９とが備えられている。

ダイクロイックミラー３１は、観察光源３と走査光学ユニット２１との間に配置されており、観察光源３からの照明光を透過させる一方、走査光学ユニット２１を介して戻る戻り光を測光フィルタ３３に向けて反射するようになっている。

ピンホール３７は、標本Ｓにおける照明光の焦点位置から発生した蛍光のみを通過させることができるようになっている。
光電変換素子３９は、検出した蛍光をその輝度に相当する輝度信号（画像情報）に変換してＰＣ１３に送るようになっている。

刺激光学系９は、刺激光源７から発せられた刺激光を標本Ｓ上で走査させる走査光学ユニット（ＳＩＭＳｃａｎｎｅｒ）４１と、走査光学ユニット４１を通過した刺激光をリレーするリレーレンズ４３と、リレーレンズ４３を透過した刺激光の光路と観察光学系５の照明光の光路とを合成するダイクロイックミラー４５とを備えている。

走査光学ユニット４１は、互いに直交する揺動軸回りに揺動可能に設けられたＹ方向スキャナ４１ＡとＸ方向スキャナ４１Ｂとを備えており、刺激光源７から入射された刺激光を互いに直交する２方向に偏向して、標本Ｓ上で２次元的に走査させることができるようになっている。

ダイクロイックミラー４５は、反射ミラー２５と結像レンズ２７との間の照明光の光路に配置されており、刺激光学系９のリレーレンズ４３を透過した刺激光を結像レンズ２７に向けて反射する一方、反射ミラー２５からの照明光および結像レンズ２７からの戻り光を透過させるようになっている。

入力装置１１は、例えば、図示しないキーボード、マウス（ポインティングデバイス）、ＧＵＩ（ＧｒａｐｈｉｃａｌＵｓｅｒＩｎｔｅｒｆａｃｅ）等により構成されている。入力装置１１のマウス等の操作により、ユーザはモニタ１５に表示される画像上で所望の観察位置や刺激位置を入力することができるようになっている。これらの観察位置および刺激位置は、ほぼ面積を有さない点でもよいし、面積を有する領域でもよい。

ＰＣ１３は、観察光学系５による観察位置を設定する観察位置設定部５１と、刺激光学系９により刺激光を照射する刺激位置を設定する刺激位置設定部５３と、観察光学系５による画像情報の取得と刺激光学系９による刺激光の照射とのタイミングを対応付ける共通の同期条件を設定する同期条件設定部５５と、観察位置設定部５１により設定された観察位置に所定の観察条件を対応付けて登録する観察条件登録部５７と、観察条件登録部５７により登録されている観察条件を観察位置ごとに更新する観察条件更新部５９と、ステージ１の移動、観察光学系５による画像取得および刺激光学系９による光刺激等を制御する制御部６１と、標本Ｓの画像を生成する画像生成部６３とを備えている。

観察位置設定部５１は、入力装置１１により入力された観察位置を設定するようになっている。
刺激位置設定部５３は、入力装置１１により入力された刺激位置を設定するようになっている。

同期条件設定部５５は、同期条件として以下のようなパターンを設定するようになっている。例えば、第１パターンは、図２（ａ）に示すように、観察光学系５により時間的に連続した複数枚のＸＹ画像の束であるＸＹＴ画像を数フレーム分取得しながら、その間に刺激光学系９により標本に刺激光を照射（光刺激）するようになっている。また、第２パターンは、図２（ｂ）に示すように、観察光学系５によりＸＹＴ画像を数フレーム分取得したら、画像取得を一旦中断して刺激光学系９により標本Ｓに刺激光を照射（光刺激）し、その後再び観察光学系５によりＸＹＴ画像を数フレーム分取得するようになっている。図２（ａ）および図２（ｂ）は、観察光学系５と刺激光学系９の動作タイミングを、横軸に時間をとって表した図である。図９も同様である。

観察条件登録部５７は、観察光源３から発生させる照明光の波長および強度、光電変換素子３９による検出波長・感度およびゲイン、走査光学ユニット２１の走査速度、画像生成部６３により生成する画像のサイズ、刺激光源７から発生させる刺激光の波長および強度、刺激位置に刺激光を照射する照射時間等の条件の他、刺激位置設定部５３により設定された共通の刺激位置および同期条件設定部５５により設定された共通の同期条件を所定の観察条件とするようになっている。

観察条件更新部５９は、各観察位置に対応付けられている共通の刺激位置をユーザの指示に従い観察位置ごとに個別の大きさ（面積）や形状、位置に調整し、調整後の各刺激位置により観察位置ごとに観察条件を更新するようになっている。

制御部６１は、ステージ１をＸＹ方向に移動させて、観察光学系５により観察する観察位置を切り替えるようになっている。また、観察条件更新部５９により更新された観察位置ごとの観察条件に従って、各観察位置において、観察光学系５により画像情報を取得するとともに、刺激光学系９により各刺激位置に刺激光を照射させるようになっている。また、制御部６１は、観察条件登録部５７に登録されている共通の刺激位置や共通の同期条件の情報をモニタ１５上に表示させるようになっている。

画像生成部６３には、光電変換素子３９から送られてくる輝度信号と、走査光学ユニット２１から送られてくる走査位置情報とが対応付けられて入力されるようになっている。また、画像生成部６３は、これらの輝度信号を走査位置情報に対応する画素ごとに積算して、観察位置の２次元的な画像を生成するようになっている。

このように構成された顕微鏡システム１００の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１００により標本Ｓの画像を取得するには、まず、ステージ１に標本Ｓを載置し、観察光源３から照明光を発生させる。

観察光源３から発せられた照明光は、ダイクロイックミラー３１を透過して走査光学ユニット２１により走査され、リレーレンズ２３によりリレーされて反射ミラー２５により反射された後、ダイクロイックミラー４５を透過して結像レンズ２７を介して対物レンズ２９により標本Ｓに照射される。

照明光が照射されることにより標本Ｓにおいて蛍光が発生すると、蛍光を含む戻り光が対物レンズ２９により集光されて結像レンズ２７およびダイクロイックミラー４５を透過した後、反射ミラー２５により反射されてリレーレンズ２３によりリレーされ、走査光学ユニット２１を介して照明光の光路を戻る。

そして、戻り光はダイクロイックミラー３１により反射されて照明光の光路から分岐し、測光フィルタ３３により蛍光以外の光が除去されて蛍光のみとなって集光レンズ３５により集光される。集光レンズ３５により集光された蛍光の内、標本Ｓにおける照明光の焦点位置から発生した蛍光のみがピンホール３７を通過して光電変換素子３９により検出される。光電変換素子３９により、検出した蛍光の輝度に相当する輝度信号が画像生成部６３に送られる。

画像生成部６３により、光電変換素子３９から送られてくる輝度信号が走査光学ユニット２１の走査位置情報に対応する画素ごとに積算されて標本の２次元的な画像が生成される。画像生成部６３により生成された標本Ｓの画像はモニタ１５に表示される。これにより、ユーザはモニタ１５に表示された画像を見て標本Ｓを観察することができる。

次に、顕微鏡システム１００により標本Ｓを刺激する場合は、刺激光源７からレーザ光を発生させる。刺激光源７から発せられた刺激光は走査光学ユニット２１により走査され、リレーレンズ４３によりリレーされてダイクロイックミラー４５により反射された後、結像レンズ２７を介して対物レンズ２９により標本Ｓに照射される。これにより、刺激光の照射位置において標本Ｓを光刺激することができる。

次に、本実施形態に係る顕微鏡システム１００により、例えば、図示しないマルチウェルプレートの各ウェルに培養されている細胞等の複数の標本Ｓに対して、ＦＲＥＴ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅｒｅｓｏｎａｎｃｅｅｎｅｒｇｙｔｒａｎｓｆｅｒ）またはＦＲＡＰ（ＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅＲｅｃｏｖｅｒｙＡｆｔｅｒＰｈｏｔｏｂｌｅａｃｈｉｎｇ）等の実験を行う場合について説明する。

まず、ユーザは、低倍の対物レンズ２９を設定するか、光学的なズーム倍率を下げてウェル全体の画像を取得し、図３に示すように、取得したウェル全体の画像をモニタ１５に表示させる。図３は４つのウェルＷを含む画像を示している。

次に、ユーザは、対物レンズ２９を高倍に設定するか、光学的なズーム倍率を上げて、入力装置１１により、図４に示すように、ウェル全体の画像の中から、ＦＲＥＴまたはＦＲＡＰを実行する基準となる観察位置Ａ（基準観察位置Ａ）を入力する。観察位置設定部５１により、ユーザが入力した基準観察位置Ａが設定される。そして、ユーザは、基準観察位置Ａの画像を取得し、取得した基準観察位置Ａの画像をモニタ１５に表示させる。

次に、ユーザは、入力装置１１により、図５に示すように、モニタに表示されている基準観察位置Ａの画像に含まれる標本Ｓ上で刺激したい刺激位置Ｐを入力する。刺激位置設定部５３により、ユーザが入力した刺激位置Ｐが設定される。刺激位置Ｐ（図５の小さな丸印）は、所定の面積を有する領域でもよいし、ただ一点だけでもよい。

次に、ユーザは、同期条件設定部５５により、ＦＲＥＴまたはＦＲＡＰの実験において想定される画像情報の取得と刺激光の照射タイミングを対応付ける共通の同期条件を設定する。例えば、図２（ａ）に示すような第１パターンの同期条件か図２（ｂ）に示すような第２パターンの同期条件を設定する。

次に、ユーザは、入力装置１１により、図６に示すように、ウェル全体の画像の中から、ＦＲＥＴまたはＦＲＡＰを実行する他の観察位置（図６に示す例では、観察位置Ｂ〜Ｊ）を入力する。観察位置設定部５１により、ユーザが入力した他の観察位置Ｂ〜Ｊが設定される。

観察位置設定部５１により全ての観察位置Ａ〜Ｊが設定されると、刺激位置設定部５３により設定された共通の刺激位置Ｐおよび同期条件設定部５５により設定された共通の同期条件と照明光の波長や強度等の他の条件とを含む観察条件が、観察条件登録部５７により各観察位置Ａ〜Ｊにそれぞれ対応付けられて登録される。

ここで、観察位置Ａ〜Ｊごとに標本Ｓの配置が異なるのが通常であり、基準観察位置Ａ以外の他の観察位置Ｂ〜Ｊに対応付けられている共通の刺激位置Ｐに必ずしも標本Ｓが存在するとは限らない。そこで、ユーザは、観察条件登録部５７に登録されている他の観察位置Ｂ〜Ｊを入力装置１１により１つずつ選択し、選択した他の観察位置Ｂ（Ｃ〜Ｊ）の画像を取得してモニタ１５に表示する。この際、制御部６１により、登録されている共通の刺激位置や共通の同期条件の情報もモニタ１５上に表示される。例えば、共通の刺激位置は、取得された他の観察位置の画像上に重畳表示される。

次いで、ユーザは、入力装置１１により、選択した観察位置Ｂ（Ｃ〜Ｊ）に含まれる標本Ｓに合わせて光刺激を与える大きさや形状、位置を個別に調整する。例えば、観察位置Ｂに含まれる所望の細胞（標本Ｓ）の核に刺激位置を合わせる。すると、観察条件更新部５９により、調整後の個別の刺激位置によって観察位置Ｂに対応付けられている観察条件が更新される。
ユーザは、残りの観察位置Ｃ〜Ｊについても観察位置Ｂと同様に画像取得を行い、必要に応じて刺激位置を調整する。ユーザの調整に従って、観察条件更新部５９により観察位置Ｃ〜Ｊごとに観察条件が更新される。
これで準備作業が終了する。

続いて、制御部６１により、ＦＲＡＰまたはＦＲＥＴが実行される。制御部６１により、観察条件登録部５７に登録されている観察位置Ａ〜Ｊと観察条件が読み出され、ステージ１を移動させて１つ目の観察位置Ａが視野位置に配置される。そして、登録された観察条件に従って、制御部６１により観察光学系５および刺激光学系９が制御され、観察位置Ａの標本Ｓの画像取得および光刺激が行われる。

すなわち、観察光学系５によって観察位置ＡのＸＹＴ画像が取得されていき、その間に刺激光学系９によって刺激位置に刺激光が照射されて標本Ｓに光刺激が与えられる。

続いて、制御部６１により、ステージ１が移動されて２つ目の観察位置Ｂが視野位置に配置される。そして、制御部６１により、観察位置Ｂに対して更新された観察条件に従って観察光学系５および刺激光学系９が制御されて、観察位置Ｂの標本Ｓの画像取得および光刺激が行われる。観察位置Ｃ〜Ｊについても、同様にして個別に更新された観察条件に従って標本Ｓの画像取得および光刺激が行われる。

以上説明したように本実施形態に係る顕微鏡システム１００によれば、共通の刺激位置および同期条件を設定するまでの準備作業をユーザが行った後は、観察位置Ａ〜Ｊごとの画像情報の取得および刺激光の照射を自動化することができる。したがって、複数の標本Ｓに対して観察位置Ａ〜Ｊごとに観察および光刺激による同じ実験をユーザの手間を省いて行うことができる。また、観察条件更新部５９により観察位置Ｂ〜Ｊごとに刺激位置を調整した個別の観察条件に更新することで、複数の標本を観察位置Ａ〜Ｊごとに精度よく観察および光刺激することができる。

本実施形態は以下のように変形することができる。
例えば、本実施形態においては、観察条件更新部５９を備えることとしたが、第１変形例としては、観察条件更新部を採用せずに、観察位置設定部５１が、共通の刺激位置をそれぞれ所望の位置に配置するように各観察位置を設定することとしてもよい。

この場合、例えば、観察位置設定部５１により設定される観察位置の中心が刺激位置を示すものとしておき、刺激する標本Ｓの所望の箇所が中心に来るように観察位置Ａ〜Ｊをそれぞれ設定することとすればよい。

このようにすることで、複数の観察位置Ａ〜Ｊを設定するのと同時に観察位置Ａ〜Ｊごとに標本Ｓの所望の箇所に刺激位置が配置されるので、刺激位置設定部５３により観察位置Ａ〜Ｊごとに所望の刺激位置を１回で設定することができる。したがって、１度設定した刺激位置を調整し直す手間を省き、複数の標本Ｓに対して観察位置ごとに観察および光刺激による実験を簡易かつ効率的に行うことができる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム２００は、図７に示すように、観察条件更新部５９に代えて、画像生成部６３により生成された画像を処理する画像処理部６５を備え、刺激位置設定部５３が、画像処理部６５により処理された画像に基づいて刺激位置を自動設定する点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る顕微鏡システム１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

画像処理部６５は、画像処理により、各観察位置の特徴を抽出することができるようになっている。観察位置の特徴としては、例えば、細胞（標本Ｓ）の核が挙げられる。画像処理部６５は、蛍光波長の違いや形状等により特定の細胞の核を観察位置ごとにその特徴として抽出するようになっている。

刺激位置設定部５３は、画像処理部６５により抽出された各観察位置の特定の細胞の核を刺激位置として個別に設定するようになっている。
観察条件登録部５７は、刺激位置設定部５３により設定された個別の刺激位置を共通の同期条件や照明光の波長や強度等の他の条件ともに観察条件として、各観察位置に対応付けて登録するようになっている。

このように構成された顕微鏡システム２００の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム２００により複数の標本Ｓに対してＦＲＥＴまたはＦＲＡＰを行う場合は、ユーザは、まず、図３に示すようなウェル全体の画像を取得する。

次いで、ユーザは、図６に示すように、ウェル全体の画像の中からＦＲＥＴまたはＦＲＡＰを実行する複数の観察位置Ａ〜Ｊを入力し、画像生成部６３により全ての観察位置Ａ〜Ｊの画像を生成する。入力した観察位置Ａ〜Ｊは観察位置設定部５１により設定される。

次に、同期条件設定部５５により、ＦＲＥＴまたはＦＲＡＰの実験において想定される画像情報の取得と刺激光の照射タイミングを対応付ける共通の同期条件（図２（ａ）に示すパターン１または図２（ｂ）に示すパターン２）を設定する。

次いで、画像処理部６５により、画像生成部６３により生成された各観察位置Ａ〜Ｊの画像が処理され、観察位置Ａ〜Ｊごとに蛍光波長の違いや形状等により特定の細胞の核が１つずつ抽出される。

続いて、刺激位置設定部５３により、画像処理部６５により抽出された各観察位置Ａ〜Ｊの特定の細胞の核が刺激位置として個別に設定される。そして、観察条件登録部５７により、刺激位置設定部５３により設定された個別の刺激位置および同期条件設定部５５により設定された共通の同期条件が他の条件とともに観察条件として、観察位置Ａ〜Ｊごとに対応付けて登録される。これで準備作業が終了する。

以下、ＦＲＡＰまたはＦＲＥＴの実行については、第１実施形態と同様に、制御部６１により、観察条件登録部５７に登録されている観察位置と観察条件が読み出され、ステージ１を移動させて観察位置Ａ〜Ｊを切り替えながら、それぞれの観察条件に従って観察光学系５および刺激光学系９が制御されて標本Ｓの画像取得および光刺激が行われる。

以上説明したように本実施形態に係る顕微鏡システム２００によれば、画像生成部６３により取得された画像を画像処理部６５により処理して抽出した各観察位置の特定の細胞の核（特徴）に基づいて、刺激位置設定部５３により観察位置ごとに個別に刺激位置を設定することで、ユーザは、観察位置設定部５１による複数の観察位置の設定と同期条件設定部５５による同期条件の設定までの準備作業を行うだけで、観察位置ごとの画像情報の取得および刺激位置の光刺激を自動化することができる。これにより、ユーザの手間を大きく省き、複数の標本Ｓに対して観察位置Ａ〜Ｊごとに観察および光刺激による同じ実験を行うことができる。

〔第３実施形態〕
次に、本発明の第３実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム３００は、図８に示すように、観察光学系５と刺激光学系９とを共通の１つの構成にした点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る顕微鏡システム１００と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る顕微鏡システム３００は、観察光学系５を刺激光学系９として用いる場合は、観察光源３から発せられる照明光を刺激光とし、走査光学ユニット２１により標本Ｓ上で走査させて刺激位置に照射するようになっている。

本実施形態においては、同期条件設定部５５が、同期条件として、例えば、図９に示すように、１つの走査光学ユニット２１により、観察光学系５としてＸＹＴ画像を数レート分取得したら、刺激光学系９として標本に刺激光を照射（光刺激）し、再び観察光学系５としてＸＹＴ画像を数レート分取得するパターンを設定するようになっている。

また、顕微鏡システム３００には、標本Ｓに全体照明を行う照明光学系７０と、照明光学系７０により照明光が照射された標本Ｓからの戻り光を検出する検出光学系８０とが備えられている。

照明光学系７０は、照明光を発生する光源７１と、光源７１から発せられた照明光をリレーするリレーレンズ７３と、リレーレンズ７３によりリレーされる照明光の内、標本Ｓの蛍光物質を励起するのに必要な波長を抽出する励起フィルタ７５と、励起フィルタ７５を通過した照明光の光路を観察光学系５および刺激光学系９の共通光路に合成するダイクロイックミラー７７とを備えている。

検出光学系８０は、対物レンズ２９により集光されダイクロイックミラー７７、結像レンズ２７を介して戻る戻り光をレーザ光の光路から分岐させるダイクロイックミラー８１と、ダイクロイックミラー８１により光路が分岐された戻り光から蛍光波長のみを選択的に通過させる測光フィルタ８３と、測光フィルタ８３を通過した蛍光を撮影し、標本Ｓの画像を取得するＣＣＤ（ＣｈａｒｇｅＣｏｕｐｌｅｄＤｅｖｉｃｅ）等の撮像素子８５とを備えている。

このような構成された顕微鏡システム３００の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム３００において、観察光学系５により標本Ｓの画像を取得する場合は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。一方、標本Ｓに光刺激を与える場合は、観察光学系５を刺激光学系９としても用い、観察光源３から刺激光を発生させて走査光学ユニット２１を介して対物レンズ２９により標本Ｓに照射する。

次に、複数の標本Ｓに対してＦＲＥＴまたはＦＲＡＰを行う場合は、同期条件設定部５５により、ＦＲＥＴまたはＦＲＡＰの実験において想定される画像情報の取得と刺激光の照射タイミングを対応付ける共通の同期条件（図９に示すパターン）が設定され、この同期条件が共通の刺激位置等と共に観察条件として各観察位置に対応付けられて観察および光刺激が行われる。

以上説明したように本実施形態に係る顕微鏡システム３００によれば、観察光学系５と刺激光学系９とを共通した構成で、第１実施形態と同様の効果が得られる。
本実施形態においては、第１実施形態の観察光学系５と刺激光学系９とを共通の１つの構成にした場合を例示して説明したが、同様にして、第２実施形態の観察光学系５と刺激光学系９とを共通の１つの構成にしてもよい。この場合も第２実施形態と同様の効果を得ることができる。

上記各実施形態は、以下のように変形することができる。
上記各実施形態においては観察位置切替部としてステージ１を例示して説明したが、これに代えて、観察光学系５および刺激光学系９等を有する顕微鏡本体をステージ１に対して対物レンズ２９の光軸に直交する方向に移動可能に支持する顕微鏡ステージ（図示略）を観察位置切替部として採用することとしてもよい。

この場合、ステージ１を移動させる代わりに顕微鏡ステージによりステージ１に対して顕微鏡本体を移動させることにより、照明光にして標本ＳをＸＹ方向に移動させて、観察光学系５の観察位置を切り替えることとすればよい。

顕微鏡ステージは、例えば、図示しない定盤上に固定される固定板と、固定板に対してＸＹ方向に互いに直交する方向に移動可能な２つの可動板とを板厚方向に積層状態に備え、可動板上に顕微鏡本体を搭載することができるようになっていてもよい。この場合、定盤上にステージ１と顕微鏡ステージを搭載し、顕微鏡ステージ上に顕微鏡本体を搭載して、ステージ１を固定した状態で、顕微鏡ステージにより顕微鏡本体をＸＹ方向に移動させることとすればよい。

このようにすることで、顕微鏡ステージの移動により、ステージ１に対して対物レンズ２９の位置を水平面上で移動させることができる。したがって、上記各実施形態においてステージ１を移動させる代わりに顕微鏡ステージを移動させることで、上記各実施形態と同様の操作を実現することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。

１ステージ（観察位置切り替え部）
５観察光学系
９刺激光学系
５１観察位置設定部
５３刺激位置設定部
５５同期条件設定部
５７観察条件登録部
５９観察条件更新部
６１制御部
６５画像処理部（画像情報処理部）
１００，２００，３００顕微鏡システム

Claims

標本の観察位置の画像情報を取得する観察光学系と、
前記標本に刺激光を照射する刺激光学系と、
前記標本の低倍率の前記画像情報の観察範囲内に、高倍率の前記画像情報を取得しようとする複数の高倍観察位置を設定する観察位置設定部と、
前記高倍観察位置に関連付けて、各前記高倍観察位置で取得される高倍率の前記画像情報の観察範囲に対してその一部の領域に前記刺激光を照射しようとする、複数の前記高倍観察位置に共通の刺激位置を設定する刺激位置設定部と、
前記観察位置設定部により設定された複数の前記高倍観察位置を切り替える観察位置切り替え部と、
前記観察光学系による画像情報の取得と前記刺激光学系による刺激光の照射とのタイミングを対応付ける共通の同期条件を設定する同期条件設定部と、
前記共通の刺激位置および前記共通の前記同期条件を観察条件として複数の前記高倍観察位置のそれぞれに対応付けて登録する観察条件登録部と、
前記観察位置切り替え部により前記高倍観察位置を切り替え、前記観察条件登録部に登録されている前記観察条件に従って、前記観察光学系により各前記高倍観察位置の高倍率の前記画像情報を取得し前記刺激光学系により各前記刺激位置に刺激光を照射させる制御部とを備える顕微鏡システム。
前記観察位置設定部が、前記共通の刺激位置が前記高倍観察位置ごとに所望の位置となるようにこれらの高倍観察位置を設定する請求項１に記載の顕微鏡システム。
前記観察条件登録部により各前記高倍観察位置に対応付けられて登録されている前記刺激位置をユーザの指示に従い前記高倍観察位置ごとに所望の位置に調整して各前記観察条件を更新する観察条件更新部を備え、
前記制御部が、前記観察条件更新部により更新された前記高倍観察位置ごとの前記観察条件に従って前記観察光学系および前記刺激光学系を制御する請求項１に記載の顕微鏡システム。
標本の観察位置の画像情報を取得する観察光学系と、
前記標本に刺激光を照射する刺激光学系と、
前記標本の低倍率の前記画像情報の観察範囲内に、高倍率の前記画像情報を取得しようとする複数の高倍観察位置を設定する観察位置設定部と、
該観察位置設定部により設定された複数の前記高倍観察位置を切り替える観察位置切り替え部と、
複数の前記高倍観察位置のそれぞれにおいて前記観察光学系により取得された高倍率の前記画像情報を処理して各前記高倍観察位置の特徴を抽出する画像情報処理部と、
該画像情報処理部により抽出された前記特徴に基づいて、前記高倍観察位置ごとに当該高倍率の前記画像情報の観察範囲における一部の領域に前記刺激光を照射しようとする個別の刺激位置を設定する刺激位置設定部と、
前記観察光学系による画像情報取得と前記刺激光学系による刺激光の照射とのタイミングを対応付ける共通の同期条件を設定する同期条件設定部と、
前記個別の刺激位置および前記共通の同期条件を観察条件として複数の前記高倍観察位置のそれぞれに対応付けて登録する観察条件登録部と、
前記観察位置切り替え部により前記高倍観察位置を切り替え、前記観察条件登録部に登録されている前記観察条件に従って前記観察光学系により各前記高倍観察位置の高倍率の前記画像情報を取得し前記刺激光学系により各前記刺激位置に刺激光を照射させる制御部とを備える顕微鏡システム。