JP6239881B2 - 画像取得装置及び画像取得方法 - Google Patents

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Description

本発明は、試料の画像を取得するための画像取得装置及び画像取得方法に関するものである。
近年、病理学の分野などにおいて、採取した病理組織等を顕微鏡に装備した撮影装置によって撮影し、その画像をコンピュータに取り込んで、ディスプレイ上で観察できる画像データを作成することが行われている。
このような顕微鏡装置としては、特許文献１、２に記載の装置が知られている。特許文献１に記載の顕微鏡装置は、標本を照明するための発光ダイオードを有し、撮像ユニットの露光開始トリガーによって発光ダイオードを点灯し、露光終了トリガーによって発光ダイオードを消灯する、という制御部を有している。このような制御により、発光ダイオードから発生する熱に起因した撮像条件の変化を抑制することを実現している。
また、特許文献２に記載の蛍光顕微鏡は、標本に光を照射する発光ダイオードを有し、露光時間に相当する時間だけ発光ダイオードを点灯させ、その後に消灯することで試料の退色を軽減し、省電力化を実現している。
特許第４９９５６５６号公報 特許第４５４６７４１号公報
ところで、上記特許文献１に記載の装置では、露光開始トリガーによって発光ダイオードを点灯し、露光終了トリガーによって発光ダイオードを消灯するように動作するため、露光処理時以外には発光ダイオードの温度が低下してしまう傾向にある。また、上記特許文献２の装置では、複数の試料を連続して観察する場合に試料の光像を撮像する期間の間の待機期間には、光は消灯される。その結果、待機期間中に発光素子の温度が低下してしまうという傾向にある。
一般に、ＬＥＤは、ＬＥＤ自体の温度や周囲の温度が変化すると、出射光の波長ピーク及び強度が変化する傾向にある。そのため、通常、ＬＥＤ光源から発生する熱を放出するための放熱板が取り付けられている。しかし、放熱板が取り付けられていても、実際にはＬＥＤから発生した熱により、放熱板の温度は上昇する。よって、ＬＥＤの駆動が開始された時点と、その後の一定時間経過後では、温度差が生じてしまう。この結果、複数の試料を連続して撮像するときに、出射光の波長ピーク及び強度が複数の試料間で異なることにより、色むらを引き起こす場合があった。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、発光素子の駆動制御を行うことにより、迅速かつ安定した試料の光像の連続した撮像が可能な画像取得装置を提供することを目的とする。
このような目的を達成するために、本発明の一形態に係る画像取得装置は（１）画像取得の対象となる試料を載置するステージと、（２）発光素子と発光素子で発生した熱を放熱する放熱器とを有し、試料に対して光を照射する照明装置と、（３）ステージ上の試料と対峙するように配置された対物レンズを含む導光光学系と、（４）導光光学系によって導光された試料の光像を撮像する撮像素子と、（５）複数の試料の光像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中に、照明装置による光の照射を行うように発光素子を制御する制御部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の他の形態に係る画像取得方法は（１）ステージに画像取得の対象となる試料を載置するステップと、（２）発光素子と発光素子で発生した熱を放熱する放熱器とを有する照明装置により光を照射し、ステージ上の試料と対峙するように配置された対物レンズを含む導光光学系によって導光された試料の光像を、撮像素子により撮像するステップと、（３）複数の試料の光像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中に、照明装置による光の照射を行うように発光素子を制御するステップと、を備えることを特徴とする。
この画像取得装置あるいは画像取得方法では、照明装置により試料に向けて光が照射され、導光光学系により試料の光像が導光され、撮像素子により試料の光像の撮像が行われる。さらに、制御部により、複数の試料の光像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中に、照明装置による光の照射を行うような制御をしている。この制御により、連続的に複数の試料の光像を撮像するタイミングにおいて、放熱器の温度が安定して保たれ、その結果、発光素子の温度が安定化される。従って、複数の試料の光像を連続して撮像する際に迅速かつ安定化した試料の光像の撮像が可能となる。
また、本発明の一形態に係る画像取得装置では、制御部は、試料の光像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中の照明装置による光の照射が断続的な照明となるように発光素子を制御することが好ましい。このように断続的な照明をすることにより、放熱器の温度上昇を効果的に抑制し、放熱器の温度をより安定して保つことが可能となる。
また、本発明の一形態に係る画像取得装置では、試料の光像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中の照明装置による光の照射の平均強度が画像取得期間の平均強度と同じとなるように発光素子を制御することが好ましい。このように制御することで、放熱器の温度を試料の光像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中と、画像取得期間中とで同程度にすることが可能となる。この結果、どのタイミングで試料を撮像しても同等の条件下で撮像ができるため、各画像間での色むらを低減することが可能となる。
また、本発明の一形態に係る画像取得装置では、制御部は、画像取得期間中のステージの移動時間と画像取得期間中の光像の撮像中に照明される光の強度および撮像時間に基づいて、発光素子を制御することが好ましい。このように制御することで、放熱器の温度を、画像取得期間の間の待機期間と画像取得期間との関係で容易に制御することが可能となる。
また、本発明の一形態に係る画像取得装置では、待機期間中に照明装置によって光が連続的に照射されるように発光素子を制御してもよい。このように連続的に光を照射すれば、照明装置の制御が容易となると共に、発光素子の温度を効果的に安定化できる。
また、本発明の一形態に係る画像取得装置では、放熱器に取り付けられた温度センサを更に備え、制御部は、待機期間中に温度センサの出力に基づいて発光素子の光照射を制御することが好ましい。このような制御によれば、環境温度が変動しても、放熱器の温度を、画像取得期間中と待機期間中とで、安定化させることが可能となる。その結果、どのタイミングで試料が導入されても同等の条件下での撮像ができるため、各画像間での色むらを低減することが可能となる。
また、本発明の一形態に係る画像取得装置では、最初の画像取得期間前に、発光素子による光の照射を行うように制御することが好ましい。このような制御によれば、最初の試料の撮像時にも、放熱器の温度が保たれており、その結果、発光素子の温度が安定しているため、全ての試料について迅速かつ安定した試料の光像の撮像が可能となる。
本発明によれば、発光素子の温度を安定させることにより、迅速かつ安定した試料の光像の連続した撮像が可能となる。
画像取得装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。 図１の顕微鏡装置及び制御装置の構成の一例を示すブロック図である。 画像取得装置における顕微鏡装置の構成を概略的に示す図である。 画像取得装置の基本動作における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すタイミングチャート図である。 画像取得期間における画像取得装置の顕微鏡装置の動作を概略的に示す図である。 試料と画像取得範囲及び細胞標本との位置関係を概略的に示す図である。 ミクロ画像取得条件の設定を概略的に示す図である。 変形例にかかる画像取得装置における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すタイミングチャート図である。 変形例にかかる画像取得装置における構成のブロック図である。 変形例にかかる画像取得装置における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すタイミングチャート図である。 変形例にかかる画像取得装置における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すタイミングチャート図である。
以下、図面とともに本発明による画像取得装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。
まず、画像取得装置１の全体構成について説明する。図１は、本発明による画像取得装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。本実施形態による画像取得装置１は、試料Ｓの画像を高解像度で取得するために用いられる顕微鏡システムであり、試料Ｓの画像取得を行う顕微鏡装置１０と、顕微鏡装置１０における画像取得の制御等を行う制御装置６０とを備える。画像取得の対象となる試料Ｓとしては、バーチャル顕微鏡で利用される画像データを取得する場合における、スライドガラスに吸光性の色素または蛍光性の色素で染色された組織切片等の生体サンプルが密封されたスライド（プレパラート）が、例として挙げられる。ここで、バーチャル顕微鏡とは、光学顕微鏡によって撮像された画像をデジタルデータ化して、ディスプレイ上で観察できる顕微鏡である。
顕微鏡装置１０は、試料格納部１１と、マクロ画像取得部２０と、ミクロ画像取得部３０とを有している。試料格納部１１は、それぞれ画像取得の対象となる複数の試料（例えばそれぞれ生体サンプルが密封された複数のスライド）Ｓを格納可能に構成された格納手段である。この試料格納部１１には、操作者による試料Ｓの格納、及び取り出し等に用いられる扉１２が設けられている。また、本実施形態においては、画像取得中に誤って扉１２が開放されることを防止するためのインターロック機構１３が付設されている。
マクロ画像取得部２０は、試料Ｓの光像の低倍率画像（例えば、1倍の画像）であるマクロ画像を取得（撮像）するための第１の画像取得手段である。この画像取得部２０では、試料Ｓの全体像に相当する低解像度でのマクロ画像が取得される。また、マクロ画像取得部２０に対して、マクロ画像取得時に試料Ｓの光像を生成するための光を照射するマクロ用光源２５が設置されている。
一方、ミクロ画像取得部３０は、試料Ｓの光像の高倍率画像であるミクロ画像を取得（撮像）するための第２の画像取得手段である。この画像取得部３０では、目的とする試料Ｓの高解像度でのミクロ画像が取得される。また、ミクロ画像取得部３０に対して、ミクロ画像取得時に試料Ｓの光像を生成するための光を照射するミクロ用光源３５が設置されている。
また、顕微鏡装置１０には、顕微鏡装置１０内での各位置の間で試料Ｓを移動させる試料移動手段として、試料搬送部１４及び試料ステージ１５が設けられている。試料搬送部１４は、試料格納部１１での試料Ｓの格納位置と、マクロ画像取得部２０及びミクロ画像取得部３０のそれぞれでの画像取得位置との間で、必要に応じて試料Ｓを搬送する搬送手段である。また、試料ステージ１５は、マクロ画像またはミクロ画像の画像取得時に試料Ｓが載置されるとともに、試料Ｓの画像取得位置の設定、調整等に用いられる。
制御装置６０は、顕微鏡装置１０における画像取得動作の制御、画像取得条件の設定、及び取得された試料Ｓの画像データの処理等を行う制御手段である。制御装置６０は、例えばＣＰＵ及び必要なメモリ、ハードディスクなどの記憶装置を含むコンピュータによって構成される。また、この制御装置６０に対して、表示装置７１、及び入力装置７２が接続されている。表示装置７１は、例えばＣＲＴディスプレイまたは液晶ディスプレイであり、本画像取得装置の動作に必要な操作画面の表示、あるいは取得された試料Ｓの画像の表示等に用いられる。また、入力装置７２は、例えばキーボードまたはマウスであり、画像取得に必要な情報の入力、画像取得動作についての指示の入力等に用いられる。
図１に示した画像取得装置１の構成について、さらに詳細に説明する。図２は、画像取得装置１における顕微鏡装置１０、及び制御装置６０の構成の一例を示すブロック図である。また、図３は、顕微鏡装置１０の構成の一部を概略的に示す図である。図３に示すように、本実施形態による顕微鏡装置１０は、試料Ｓの光像の取得に利用される透過型の顕微鏡システムとして構成されている。ここで、図中に示すように、水平方向で互いに直交する２方向をＸ軸方向及びＹ軸方向とし、水平方向に直交する垂直方向をＺ軸方向とする。これらのうち、垂直方向であるＺ軸方向が本顕微鏡システムにおける画像取得の光軸の方向（対物レンズの光軸の方向）となっている。また、図３においては、主にマクロ画像取得部２０、ミクロ画像取得部３０及び光源２５、３５の構成を示し、試料格納部１１及び試料搬送部１４等については図示を省略している。
試料Ｓは、画像取得部２０、３０における画像取得時には、試料ステージ１５上に載置される。この試料ステージ１５は、ステッピングモータ、ＤＣモータ、またはサーボモータ等を用い、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能なＸＹステージとして構成されている。このような構成において、試料ステージ１５をＸＹ面内で駆動することにより、画像取得部２０、３０での試料Ｓに対する画像取得位置の設定、調整が行われる。また、本実施形態においては、この試料ステージ１５は、マクロ画像取得部２０での画像取得位置、及びミクロ画像取得部３０での画像取得位置の間で移動可能となっている。
試料Ｓのマクロ画像を取得するためのマクロ画像取得位置に対し、図３に示すように、光軸２０ａに対して所定位置にそれぞれマクロ画像取得部２０、及びマクロ用光源２５が設置されている。マクロ用光源２５は、試料Ｓに対してマクロ画像取得用の光像を生成するための光を照射する照明手段である。
また、マクロ画像取得部２０は、試料Ｓの光像による２次元画像の取得が可能な２次元ＣＣＤセンサなどのマクロ用撮像装置２１を含んで構成されている。また、試料Ｓが配置されるマクロ画像取得位置と、撮像装置２１との間には、試料Ｓの光像を導く光学系として撮像光学系２２が設けられている。
一方、試料Ｓのミクロ画像を取得するためのミクロ画像取得位置に対し、図３に示すように、光軸３０ａ上の所定位置にミクロ画像取得部３０が設置されている。ミクロ画像取得部３０は、試料Ｓの光像による２次元画像の取得が可能なＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージセンサなどのエリアイメージセンサ（撮像素子）などのミクロ用撮像装置３１を用いて構成されている。また、試料Ｓが配置されるミクロ画像取得位置と、撮像装置３１との間には、試料Ｓの光像を導光する導光光学系として、ステージ上の試料Ｓと対峙するように配置された対物レンズ３２と、チューブレンズ３４が設けられている。対物レンズ３２は、試料Ｓからの光を集光して試料Ｓの光像を生成する。また、チューブレンズ３４は、対物レンズ３２によって集光された光を試料Ｓの光像として撮像装置３１へと導く。
また、本実施形態においては、ミクロ画像取得位置に配置された試料Ｓに対し、ミクロ画像取得用の光像を生成するための光を照射する照明手段としてのミクロ用光源３５（照明装置）および集光レンズ３６が設置されている。ミクロ用光源３５は、発光素子３５bと発光素子３５bで発生した熱を外部に放出するための放熱器３５aから構成されている。このミクロ用光源３５は、少なくとも対物レンズ３２の視野領域に光が照射されるように配置され、試料Ｓを透過した光は、40倍や20倍といった高倍率の対物レンズ３２で集光され、チューブレンズ３４によってミクロ画像取得部３０に導光される。
これにより、図３に示すミクロ画像取得用の光学系は、落射照明による蛍光顕微鏡として構成されている。また、このような蛍光顕微鏡において、ミクロ画像取得部３０で取得されるミクロ画像は、試料Ｓからの蛍光による蛍光観察像となる。なお、試料Ｓと撮像装置３１との間の光路上には、必要に応じて励起光または蛍光を選択するための光フィルタを設置しても良い。
また、対物レンズ３２に対して、ステッピングモータまたはピエゾアクチュエータ等を用いたＺステージ３３が設けられており、このＺステージ３３で対物レンズ３２をＺ軸方向に駆動することで、試料Ｓに対する焦点合わせ等が可能となっている。
また、このミクロ画像取得用の撮像装置３１としては、例えば赤および緑、青色の光をそれぞれ撮像できる３板式イメージセンサカメラやカラーフィルタイメージセンサなどのカラー画像が取得可能な撮像装置を用いることが好ましい。なお、マクロ画像取得用の撮像装置２１については、必要に応じて、白黒画像取得用の撮像装置、またはカラー画像が取得可能な撮像装置のいずれを用いても良い。また、撮像装置３１についても、カラー画像を取得する必要がない場合には、白黒画像取得用の撮像装置を用いても良い。
これらの試料ステージ１５、マクロ画像取得部２０、ミクロ画像取得部３０、マクロ用光源２５、及びミクロ用光源３５に対して、それらを駆動制御する制御手段としてステージ制御部４１、マクロ撮像制御部４２、ミクロ撮像制御部４３、マクロ用光源制御部４４及びミクロ用光源制御部４５が設けられている。ステージ制御部４１は、ＸＹステージである試料ステージ１５、及びＺステージ３３を駆動制御することにより、試料Ｓに対する撮像条件の設定、調整等を行う。
マクロ撮像制御部４２は、マクロ用撮像装置２１を含む画像取得部２０を駆動制御することにより、試料Ｓのマクロ画像取得を制御する。また、ミクロ撮像制御部４３は、ミクロ用撮像装置３１を含む画像取得部３０を駆動制御することにより、試料Ｓのミクロ画像取得を制御する。また、マクロ用光源制御部４４は、マクロ用光源２５を駆動制御することにより、試料Ｓのマクロ画像を取得する際の光の照射を制御する。また、ミクロ用光源制御部４５は、ミクロ用光源３５を駆動制御することにより、試料Ｓのミクロ画像を取得する際の光の照射を制御する。詳細は後述する。
制御装置６０は、マクロ画像取得制御部６１及びミクロ画像取得制御部６２を含む画像取得制御部と、マクロ画像処理部６６及びミクロ画像処理部６７を含む画像データ処理部と、撮像条件設定部６５とを有している。画像取得制御部は、上記した制御部４１〜４５を介して、顕微鏡装置１０における試料Ｓの画像取得動作を制御する。
また、画像処理部６６、６７には、画像取得部２０で取得されたマクロ画像の画像データ、及び画像取得部３０で取得されたミクロ画像の画像データが入力されており、これらの画像データについて必要なデータ処理が行われる。また、画像処理部６６、６７に入力された画像データ、画像データを処理して得られた各種のデータや情報、あるいは画像取得制御部６１、６２で用いられる制御情報等は、必要に応じて制御装置６０内のメモリ装置等のデータ記憶部に記憶、保持される。
具体的には、マクロ画像取得制御部６１は、ステージ制御部４１、マクロ撮像制御部４２、及びマクロ用光源制御部４４を介し、試料Ｓのマクロ画像取得位置の設定動作、マクロ画像取得部２０によるマクロ画像の取得動作、及びマクロ用光源２５によるマクロ画像取得用の光の照射動作を制御する。
ミクロ画像取得制御部６２は、ステージ制御部４１、ミクロ撮像制御部４３、及びミクロ用光源制御部４５を介し、試料Ｓのミクロ画像取得位置の設定動作、ミクロ画像取得部３０によるミクロ画像の取得動作、及びミクロ用光源３５によるミクロ画像取得用の光の照射動作を制御する。また、ミクロ画像取得制御部６２は、後述する撮像条件設定部６５で設定された撮像条件を参照して、試料Ｓのミクロ画像の取得を制御する。
マクロ画像処理部６６には、マクロ撮像制御部４２を介して、マクロ画像取得部２０の撮像装置２１によって取得された試料Ｓのマクロ画像の画像データが入力されている。この画像処理部６６は、入力されたマクロ画像の画像データに対して補正、加工、記憶などの必要なデータ処理を実行する。本実施形態においては、マクロ画像処理部６６は、マクロ画像の画像データに対して所定の加工処理を行って、参照用マクロ画像を生成する機能を有する。
ミクロ画像処理部６７には、ミクロ撮像制御部４３を介して、ミクロ画像取得部３０の撮像装置３１によって取得された試料Ｓのミクロ画像の画像データが入力されている。この画像処理部６７は、画像処理部６６と同様に、入力されたミクロ画像の画像データに対して補正、加工、記憶などの必要なデータ処理を実行する。本実施形態においては、ミクロ画像処理部６７は、取得されたミクロ画像の画像データを用い、目的とする試料Ｓの高解像度の画像データである試料データを作成する機能を有する。
撮像条件設定部６５は、顕微鏡装置１０のマクロ画像取得部２０で取得された試料Ｓのマクロ画像を参照してミクロ画像の撮像条件を設定する設定手段である。本実施形態においては、この撮像条件設定部６５には、マクロ画像の画像データに対して加工処理を行って生成された参照用マクロ画像が、マクロ画像処理部６６から入力されている。そして、撮像条件設定部６５は、この参照用マクロ画像を参照し、試料Ｓのミクロ画像の撮像条件として、画像取得の対象物を含む範囲に応じた画像取得範囲を設定する。あるいは、撮像条件設定部６５は、必要に応じて他の撮像条件、例えば焦点合わせを実行するための焦点計測位置、画像取得範囲での対象物の画像取得についての焦点情報などの焦点関連情報を設定する。
次に、図４を参照して、画像取得装置１によるミクロ画像取得のための光源制御の詳細動作について説明する。図４は、ミクロ画像取得時のミクロ画像取得部３０の撮像装置３１による撮像タイミング、それに伴う発光素子３５ｂの照明強度及び発光素子３５ｂの温度の時間変化を示すタイミングチャートである。
画像取得装置１が起動された直後の一定期間（ウォームアップ期間）Ｔ１０１の間、ミクロ用光源制御部４５はミクロ用光源３５に対し、ウォームアップ（暖機）のために、所定の照射強度で光を照射するように制御する。このとき、ウォームアップ期間Ｔ１０１に照射される光は、放熱器３５ａを十分暖めるために、期間Ｔ１０１より後の試料Ｓがミクロ画像取得位置に配置されてミクロ画像が取得される画像取得期間Ｔ１０７における光の強度よりも高く設定される。これにより、画像取得期間Ｔ１０７中における放熱器３５ａの最適温度よりもウォームアップ期間Ｔ１０１直後の放熱器３５ａの温度が高くなる。このときの発光素子３５ｂの照射タイミングは、連続的であってもよし、断続的であってもよい。
その後、ミクロ用光源制御部４５は、ウォームアップにより温度が上昇した放熱器３５ａを所望の温度となるまで冷やすために、ウォームアップ期間Ｔ１０１の直後の所定の期間（クールダウン期間）Ｔ１０３だけミクロ用光源３５を消灯させるように制御する。ここで、放熱器３５ａに温度センサを取り付けて、ミクロ用光源制御部４５がその温度センサの検知信号を基に放熱器３５ａが所定の温度になるまでミクロ用光源３５を消灯させるように制御しても良い。また、ミクロ用光源制御部４５は、予めウォームアップ期間Ｔ１０１に発光素子３５ｂから放出される熱量と放熱器３５ａによって放出される熱量に基づいて算出される期間だけ、クールダウン期間Ｔ１０３を設定してもよい。
次に、クールダウン期間Ｔ１０３の後、ミクロ画像取得部３０による画像取得前の最初の試料Ｓ（例えば、細胞標本が配置されたスライドガラス）が試料ステージ１５によってミクロ画像取得位置に配置されるまでの期間（待機期間）Ｔ１０５においては、ミクロ用光源制御部４５は、光を照射するようにミクロ用光源３５の発光素子３５ｂを制御する。これにより、クールダウン期間Ｔ１０３後にいつ試料Ｓが導入されても、その時点での放熱器３５ａの温度を安定して保つことができるため、迅速かつ安定した最初の試料Ｓの画像取得が可能となる。このときの具体的なミクロ用光源３５の制御及び画像取得期間Ｔ１０７のミクロ用光源３５の動作は後述する。
最初の試料Ｓの画像取得後、次の試料Ｓが試料ステージ１５によってミクロ画像取得位置に配置されるまでの間の待機期間Ｔ１０５’中、待機期間Ｔ１０５中と同様に、ミクロ用光源制御部４５は、光の照射が行われるようにミクロ用光源３５を制御する。これにより、前の試料Ｓを撮像するための画像取得期間Ｔ１０７後にいつ次の試料Ｓが導入されても、その時点での放熱器３５ａの温度を安定して保つことができるため、迅速かつ安定した複数の試料Ｓの連続した画像取得が可能となる。このときの具体的な照明制御は後述する。
ここで、図５を併せて参照しながら、本実施形態における画像取得方法に係る画像取得期間Ｔ１０７の画像取得装置１の動作についてより詳しく説明する。図５は、画像取得期間Ｔ１０７の前後の顕微鏡装置１０の動作状態を示すイメージ図である。試料格納部１１から取り出された試料Ｓは試料ステージ１５に載置される（載置ステップ）。その試料ステージ１５は、試料搬送部１４によって、導入位置１０３からマクロ画像取得位置１０５まで移動される。そして、マクロ用撮像装置２１によって試料Ｓのマクロ画像が取得され、マクロ画像を基に撮像条件設定部６５（図２）によりミクロ画像の撮像条件として画像取得範囲及び画像取得範囲内に複数点の焦点計測位置が設定される。その後、試料搬送部１４によって、マクロ画像取得位置１０５からミクロ画像取得位置１０７まで、試料ステージ１５が移動され、ミクロ用撮像装置３１によって焦点計測位置における合焦点情報が取得され、合焦点情報に基づいて焦点合わせを行い撮像することで、画像取得範囲におけるミクロ画像が取得される（撮像ステップ）。このとき、画像取得範囲に対して複数領域に分割された部分画像取得範囲が設定され、その複数の部分画像取得範囲毎にミクロ画像を取得するために、ミクロ画像取得制御部６２（図２）により、試料ステージ１５の位置が微調整されると同時に、Ｚステージ３３（図３）の位置を調整することにより試料Ｓに対する焦点合わせが行われる。全ての部分画像取得範囲についてミクロ画像を取得された試料Ｓは、導入位置１０３まで戻されて試料格納部１１内に取り出される。その後、待機期間Ｔ１０５’の間に、次の試料Ｓが導入位置１０３に導入されてマクロ画像が撮像された後、次の画像取得期間Ｔ１０７’において試料Ｓのミクロ画像の取得が行われる。このようにして複数の試料Ｓの画像取得が繰り返される。
さらに、制御装置６０によって取得されるマクロ画像に応じて設定されるミクロ画像の撮像条件の詳細について説明する。図６は、試料と画像取得範囲及び細胞標本との位置関係を概略的に示す図である。図６には、試料Ｓにおいて制御装置６０によって取得されたマクロ画像の取得範囲を示している。同図には、スライドガラス１２１上に細胞標本１２３が載置された試料Ｓの例が示されており、このような試料Ｓ全体のマクロ画像が取得され、マクロ画像を参照して、細胞標本１２３を含むように画像取得範囲Ａ１が設定される。例えば、スライドガラス１２１のサイズが２５ｍｍ×７５ｍｍ程度であるのに対して、細胞標本１２３を覆うミクロ画像の取得範囲Ａ１のサイズは、１５ｍｍ×１５ｍｍ程度となる。
図７には、制御装置６０によって設定された画像取得範囲Ａ１に対してミクロ画像取得制御部６２（図２）内に設定されるミクロ画像の画像取得範囲（部分画像取得範囲）のイメージを示している。同図に示すように、撮像条件設定部６５により、設定された画像取得範囲Ａ１に基づいて、ミクロ画像を取得するための複数の部分画像取得範囲Ａ２が、細胞標本１２３を含む画像取得範囲Ａ１を全て含んで細分化されるように設定される。具体的には、矩形の画像取得範囲Ａ１に対して、その取得範囲Ａ１を対物レンズ３２の撮像視野に応じて、同一の面積の複数の矩形のミクロ画像の画像取得範囲Ａ２で分割するように部分画像取得範囲Ａ２が設定される。これらの複数の部分画像取得範囲Ａ２はミクロ画像の撮像視野に相当しており、画像取得期間Ｔ１０７において、ミクロ画像取得制御部６２により、試料ステージ１５の位置を微調整する際に参照される。なお、各部分画像取得範囲Ａ２は、画像取得範囲Ａ１内で互いに接するように設定されてもよいし、互いに一部重畳するように設定されてもよい。
また、撮像条件設定部６５により、画像取得範囲Ａ１に対して焦点関連情報が設定される。焦点情報としては、例えば、フォーカスマップが挙げられる。フォーカスマップを作成するために、まず、画像取得範囲Ａ１内に複数の焦点計測位置が設定される。そして、ミクロ画像取得装置３０によって、各焦点計測位置における合焦点情報（例えば、合焦点状態における対物レンズ３２の高さや対物レンズ３２とステージ１５の間隔）を計測し、計測された複数の合焦点情報に基づいて、最小二乗法などの演算手段により、フォーカスマップが作成される。
図４に戻って、画像取得期間及び待機期間における制御装置６０によるミクロ画像の取得制御及びミクロ用光源３５の制御（制御ステップにおける制御）について詳述する。
まず、画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’においては、ミクロ画像取得制御部６２の制御により、最初に画像が取得される部分画像取得範囲Ａ２が対物レンズ３２の視野に含まれるように試料ステージ１５が移動される。移動が完了すると、ミクロ画像取得制御部６２により、部分画像取得範囲Ａ２に対する焦点情報を基に対物レンズ３２と試料Ｓの間隔が調整される。そして、ミクロ画像取得制御部６２から撮像（露光）タイミングを制御するための撮像制御パルスがミクロ用撮像装置３１に入力され、ミクロ用撮像装置３１によって部分画像取得範囲Ａ２のミクロ画像が取得される。さらに、次の部分画像取得範囲Ａ２が対物レンズ３２の視野に含まれるように試料ステージ１５が移動されてから焦点情報を基に対物レンズ３２と試料Ｓの間隔が調整された後に、ミクロ画像取得制御部６２から撮像制御パルスがミクロ用撮像装置３１に入力されることにより、次の画像取得範囲Ａ２のミクロ画像が取得される。このようにして、試料ステージ１５の移動期間Ｔａとミクロ画像の撮像期間Ｔｂとが、全ての部分画像取得範囲Ａ２について交互に繰り返される。
画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’においては、同時に、ミクロ画像取得制御部６２によって、撮像制御パルスと同じタイミング及び周期の制御パルスが、ミクロ用光源制御部４５に入力される。これに対して、ミクロ用光源３５は、入力された制御パルスの立ち上がりで光の照射を開始し、制御パルスの立ち下りで光の照射を終了する。このようにして、試料ステージ１５の移動タイミング及び複数の部分画像取得範囲Ａ２のミクロ画像の取得タイミングに合わせて、ミクロ用光源３５による光の照射が断続的に行われるように制御される。
また、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’においては、ミクロ画像取得制御部６２の制御により、断続的に光を照射するようにミクロ用光源３５を制御する。このとき、ミクロ画像取得制御部６２の制御により、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’において、画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’における撮像制御パルスと同一周期の断続的な点灯（パルス点灯）となるようにミクロ用光源３５が制御される。このようなパルス点灯とすることで、発光素子３５ｂの温度上昇を抑制しつつ、発光素子３５ｂの温度を保つことができる。
詳細には、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’においては、単位時間当たりの光の照射量（平均強度）が、ミクロ画像を取得する画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’と同程度となるように、ミクロ用光源３５のパルス点灯が制御される。より好ましくは、パルス点灯の周期ΔＴは、複数の部分画像取得範囲Ａ２の撮像周期、すなわち、複数の部分画像取得範囲Ａ２間の移動期間Ｔａの長さとミクロ画像の撮像期間Ｔｂの長さとの和と等しくなるように設定し、パルス点灯の強度および点灯時間は、それぞれ、撮像期間Ｔｂに照射される光の強度及びその期間の長さに等しくなるように設定される。これにより、発光素子３５ｂから発せられる熱量が待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’と画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’とで同程度になるため、発光素子３５ｂの温度を安定して保つことができる。ただし、平均強度がミクロ画像を取得する画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’と同程度となっていれば、パルス点灯の周期や点灯条件（点灯時間と光強度）を変更してもよい。
なお、図１に示した画像取得装置１において実行される画像取得方法に対応する処理は、画像取得処理をコンピュータに実行させるための画像取得プログラムによって実現可能である。例えば、画像取得装置１における制御装置６０は、画像取得処理に必要な各ソフトウェアプログラムを動作させるＣＰＵと、上記ソフトウェアプログラムなどが記憶されるＲＯＭと、プログラムの実行中に一時的にデータが記憶されるＲＡＭとによって構成することができる。このような構成において、ＣＰＵによって所定の画像取得プログラムを実行することにより、上記した画像取得装置１、及び画像取得方法を実現することができる。
また、試料の画像取得のための各処理をＣＰＵによって実行させるための上記プログラムは、コンピュータ読取可能な記録媒体に記録して頒布することが可能である。このような記録媒体には、例えば、ハードディスク及びフレキシブルディスクなどの磁気媒体、ＣＤ−ＲＯＭ及びＤＶＤ−ＲＯＭなどの光学媒体、フロプティカルディスクなどの磁気光学媒体、あるいはプログラム命令を実行または格納するように特別に配置された、例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、及び半導体不揮発性メモリなどのハードウェアデバイスなどが含まれる。
以上説明した画像取得装置１によるミクロ用光源３５の制御により、試料Ｓのミクロ画像を撮像するタイミングにおいて、放熱器３５ａを含むミクロ用光源３５の温度が安定して保たれ、その結果、発光素子３５ｂの温度が安定化される。従って、複数の試料Ｓを連続して撮像する際に撮像条件が安定化されるので、迅速かつ安定化した試料の光像の撮像が可能となる。
また、ミクロ用光源３５が待機期間中に断続的な照明となるように制御されるので、放熱器３５ａの温度上昇を効果的に抑制し、放熱器３５ａの温度をより安定して保つことが可能となる。
また、ミクロ用光源３５による光の照射の平均強度が待機期間中と画像取得期間中とで同じとなるように制御されるので、放熱器３５ａの温度を、試料Ｓのミクロ画像を撮像する画像取得期間の間の待機期間中と、ミクロ画像を撮像する画像取得期間中とで同程度にすることが可能となる。この結果、どのタイミングで試料Ｓを撮像しても同等の条件下で撮像ができるため、各画像間での色むらを低減することが可能となる。
また、画像取得期間のステージの移動時間と画像取得期間中の光像の撮像中に照明される光の強度および撮像時間に基づいて、待機期間のミクロ用光源３５による光の照射が制御されるので、放熱器３５ａの温度を待機期間中と画像取得期間中との関係で均一化するように容易に制御することが可能となる。具体的には、発光素子３５ｂの制御パルスのデューティーが画像取得期間とその前後の期間とで同等になるように制御されることにより、画像取得期間中の発光素子３５ｂの温度やその周辺の温度を安定させることができるため、各ミクロ画像のユニフォミティーをそろえることができる。そのため、観察者に違和感のない試料Ｓの合成画像を提供できる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではない。
例えば、図８は、変形例にかかる画像取得装置における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すチャート図である。図８に示すように、制御装置６０によって制御される待機期間におけるミクロ用光源３５の光強度は、画像取得期間と異なっていてもよい。すなわち、本発明の変形例にかかる制御装置６０では、ミクロ用光源３５のパルス点灯の周期ΔＴ、及び1回の点灯の点灯時間は同じであるが、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’におけるパルス点灯の光強度を画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’よりも低くするように制御している。また、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’におけるパルス点灯の光強度を画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’よりも高く設定しても良い。好ましくは、制御装置６０は、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’における平均強度を、画像取得期間時Ｔ１０７，Ｔ１０７’の平均強度の６０％から１４０％の間で設定する。これにより、発光素子３５ｂの温度を安定して保つことができる。なお、パルス点灯の周期ΔＴや、一回のパルス点灯の点灯時間を変更してもよい。
さらに、図１０は、他の変形例にかかる画像取得装置における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すチャート図である。このとき、図９に示す本発明の変形例に係る画像取得装置１０１のように、ミクロ用光源３５の放熱器３５ａの近傍に取り付けられた温度センサ３５ｃが備えられ、温度センサ３５ｃの出力に基づいて発光素子３５ｂの光照射が制御されてもよい。すなわち、温度センサ３５ｃによって待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’中の放熱器３５ａの温度の変化が検知され、制御装置６０によって、放熱器３５ａの温度変化に応じてミクロ用光源３５を点灯及び消灯して光の照射を制御する（図１０）。このように、温度センサ３５ｃで発光素子３５ｂの温度を感知し発光制御を行うため、環境温度が変動しても、発光素子３５ｂの温度を画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’と待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’との間で安定して保つことができる。その結果、どのタイミングで試料Ｓが導入されても同様の撮像条件下でマクロ画像が撮像できるため、各ミクロ画像間でのユニフォミティーをそろえることができる。
また、図１１は、他の変形例にかかる画像取得装置における撮像タイミング、撮像制御パルス、照明強度及び温度の関係を概略的に示すチャート図である。図１１に示すように、制御装置６０は、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’中に連続的に光を照射するようにミクロ用光源３５を制御してもよい。このとき、本発明の変形例にかかる制御装置６０では、待機期間Ｔ１０５，Ｔ１０５’中の平均強度が画像取得期間Ｔ１０７，Ｔ１０７’中の平均強度と同等となるように制御しても良いし、異ならせてもよい。また、図９に示した構成と同様な構成を採用して温度センサ３５ｃによって放熱器３５ａの温度を感知し、その温度に応じてミクロ用光源３５の照射する光の強度を制御してもよい。このような構成によれば、ミクロ用光源３５の制御が容易になるとともに、発光素子３５ｂの温度を効果的に安定化できる。
１…画像取得装置、１０…顕微鏡装置、１５…試料ステージ、２０…マクロ画像取得部、２１…マクロ用撮像装置、２２…撮像光学系、２５…マクロ用光源、３０…ミクロ画像取得部、３１…ミクロ用撮像装置、３２…対物レンズ、３３…ステージ、３４…チューブレンズ、３５…ミクロ用光源、３５ａ…放熱器、３５ｂ…発光素子、３５ｃ…温度センサ、４２…マクロ撮像制御部、４３…ミクロ撮像制御部、４４…マクロ用光源制御部、４５…ミクロ用光源制御部、６０…制御装置、６１…マクロ画像取得制御部、６２…ミクロ画像取得制御部、６５…撮像条件設定部、６６…マクロ画像処理部、６７…ミクロ画像処理部、１０１…画像取得装置、Ａ２…画像取得範囲、Ｓ…試料、Ｔ１０５…待機期間、Ｔ１０７…画像取得期間、Ｔａ…移動期間、Ｔｂ…撮像期間、ΔＴ…周期。

Claims (6)

  1. 画像取得の対象となる試料を載置するステージと、
    発光素子と発光素子で発生した熱を放熱する放熱器とを有し、前記試料に対して光を照射する照明装置と、
    前記ステージ上の前記試料と対峙するように配置された対物レンズを含む導光光学系と、
    前記導光光学系によって導光された前記試料の光像を撮像する撮像素子と、
    複数の前記試料の光像のそれぞれを撮像する期間であって、前記光像の画像取得範囲の撮像が開始されてから前記画像取得範囲の全体の撮像が完了するまでの期間を含むそれぞれの画像取得期間の間の待機期間中に、前記照明装置による光の照射を行うように前記発光素子を制御する制御部と、
    を備え、
    前記制御部は、
    前記画像取得期間においては、前記画像取得範囲を複数の部分画像取得範囲に分割し、前記ステージを移動させながら分割した前記部分画像取得範囲の前記光像の撮像を繰り返し、前記光像の撮像期間は前記発光素子を発光させ、前記撮像期間を除いた前記ステージの移動期間では発光素子を発光させないように制御し、
    前記待機期間中においては、前記画像取得期間中のステージの移動時間と、前記画像取得期間中の前記光像の撮像中に前記照明装置によって照射される光の強度および照射時間とに基づいて、光の平均強度が前記画像取得期間と同程度となるように前記発光素子を制御する、
    画像取得装置。
  2. 前記制御部は、前記待機期間中の前記照明装置による光の照射が断続的な照明となるように前記発光素子を制御する請求項１に記載の画像取得装置。
  3. 前記待機期間中に前記照明装置によって光が連続的に照射されるように前記発光素子を制御する請求項１に記載の画像取得装置。
  4. 前記放熱器に取り付けられた温度センサを更に備え、
    前記制御部は、前記待機期間中に温度センサの出力に基づいて前記発光素子の光照射を制御する請求項１〜３のいずれか１項に記載の画像取得装置。
  5. 前記制御部は、最初の前記画像取得期間前に、前記発光素子による光の照射を行うように制御する請求項１〜４のいずれか１項に記載の画像取得装置。
  6. ステージに画像取得の対象となる試料を載置するステップと、
    発光素子と発光素子で発生した熱を放熱する放熱器とを有する照明装置により光を照射し、前記ステージ上の前記試料と対峙するように配置された対物レンズを含む導光光学系によって導光された前記試料の光像を、撮像素子により撮像するステップと、
    複数の前記試料の光像のそれぞれを撮像する期間であって、前記光像の画像取得範囲の撮像が開始されてから前記画像取得範囲の全体の撮像が完了するまでの期間を含むそれぞれの画像取得期間の間の待機期間中に、前記照明装置による光の照射を行うように前記発光素子を制御するステップと、
    を備え、
    前記制御するステップでは、
    前記画像取得期間においては、前記画像取得範囲を複数の部分画像取得範囲に分割し、前記ステージを移動させながら分割した前記部分画像取得範囲の前記光像の撮像を繰り返し、前記光像の撮像期間は前記発光素子を発光させ、前記撮像期間を除いた前記ステージの移動期間では発光素子を発光させないように制御し、
    前記待機期間中においては、前記画像取得期間中のステージの移動時間と、前記画像取得期間中の前記光像の撮像中に前記照明装置によって照射される光の強度および照射時間とに基づいて、光の平均強度が前記画像取得期間と同程度となるように前記発光素子を制御する、
    画像取得方法。
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