JP6261883B2 - 光観察装置、それに用いる撮像装置、及び光観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、対象物の光像を観察するための光観察装置、それに用いる撮像装置、及び光観察方法に関する。

ライフサイエンス等の技術分野では、試料からの観察光（例えば、蛍光など）を波長に応じて分光し、その結果分光された複数の光像を観察することが行われている。例えば、下記非特許文献１には、１つのカメラを用いたデュアルビューの顕微鏡検査技術が開示され、この技術では顕微鏡本体の外部に取り付けられる光分割アセンブリにより観察光を分光し、分光された２つの観察光をカメラを用いて撮像可能とされている。また、下記特許文献１及び下記特許文献２には、デュアルビューの検査技術において用いられる光分割光学系が開示されている。

米国特許第５，９２６，２８３号公報 米国特許第７，６６７，７６１号公報

K. Kinosita, Jr. et al., "DualViewMicroscopy with a Single Camera: Real-Time Imaging of Molecular Orientationsand Calcium", The Journal of Cell Biology, Volume 115, Number 1, October 1991, pp67-73

しかしながら、上記の従来の顕微鏡検査技術では、２種類の光像を１つのカメラによって観察することになるため、ＣＭＯＳカメラ等のローリング読み出し方式を採用したカメラを使用した場合には、２種類の光像の特定の部位における撮像タイミングが互いに異なってしまう場合があった。その結果、試料を対象にした２種類の光像の比較観察が困難になる傾向にあった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、ローリング読み出し方式を採用した場合であっても対象物の２種類の光像の比較観察を容易にする、それに用いる撮像装置、及び光観察方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一実施形態にかかる光観察装置は、外部から対象物の観察光を受けて、観察光を第１及び第２の光に分割する光分割光学系と、第１及び第２の光を受けて、第１及び第２の光のそれぞれを結像して第１及び第２の光像を形成する結像レンズと、第１及び第２の光像の結像位置に配置され、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成され、第１の光像の結像位置に対応する第１の領域に含まれる複数の画素列のうちの第１の画素列群と、第２の光像の結像位置に対応する第２の領域に含まれる複数の画素列のうちの第２の画素列群とにおいて独立にローリング読み出しが可能な撮像素子と、第１の領域に含まれる第１の画素列群と、第２の領域に含まれる第２の画素列群とにおけるローリング読み出しを制御する制御部と、を備え、制御部は、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、複数の画素列の並列方向において同一となるように制御する。

或いは、本発明の他の実施形態である光観察方法は、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成された第１の画素列群と、第１の画素列群に隣り合い、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成された第２の画素列群を有し、第１の画素列群と第２の画素列群とをそれぞれローリング読出しをすることが可能な撮像装置を用いた光観察方法において、外部から対象物の観察光を第１及び第２の光に分割し、第１の光を結像して第１の光像を第１の画素列群に入射されるように形成し、第２の光を結像して第２の光像を第２の画素列群に入射されるように形成し、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、複数の画素列の並列方向において同一となるように制御する。

このような光観察装置或いは光観察方法によれば、対象物の観察光が第１及び第２の光に分割され、分割された第１及び第２の光が結像されて第１及び第２の光像が形成され、第１の光像は撮像素子の第１の領域に含まれる第１の画素列群によって受光され、第２の光像は撮像素子の第２の領域に含まれる第２の画素列群によって受光される。そして、第１及び第２の光像の検出信号は、それぞれ、第１及び第２の画素列群から独立にローリング読み出しされ、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向が同一にされる。これにより、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像との間で対象物の同一部位での露光タイミングが揃いやすいので、２つの光像の各部位の露光条件を均一化することができる。その結果、２つの光像の検出像を用いた比較観察を容易にすることができる。

ここで、制御部は、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、複数の画素列の並列方向において同一となるような第１の読み出しモードと、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、複数の画素列の並列方向において逆方向となるような第２の読み出しモードとを切り替え可能に制御する、ことが好適である。また、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、複数の画素列の並列方向において同一となるような第１の読み出しモードと、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、複数の画素列の並列方向において逆方向となるような第２の読み出しモードとを選択する、ことが好適である。かかる構成を採れば、撮像素子で同時に２つの光像を撮像する場合には第１の読み出しモードに切り替えることで、２つの光像の各部位の露光条件を均一化できる。その一方で、撮像素子で単一の光像を撮像する場合には第２の読み出しモードに切り替えることで、単一の光像の検出像における線状の明暗差の発生を防止できる。その結果、２つの光像を撮像する観察モードと単一の光像を撮像する観察モードで共用する場合であっても、光像の高精度での観察を可能にする。

また、光分割光学系は、観察光の光路上から着脱可能に構成されており、制御部は、光分割光学系が光路上に配置されている際には、第１の読み出しモードに切り替え、光分割光学系が光路上から離脱している際には、第２の読み出しモードに切り替えるように制御することも好適である。この場合、光分割光学系の着脱に応じて第１及び第２の読み出しモードを切り替えるように制御されているので、２つの光像を撮像する観察モードと単一の光像を撮像する観察モードで共用する場合に、光像の高精度での観察を容易にする。

さらに、制御部は、第１の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間と第２の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間とをそれぞれ可変可能に制御する、ことも好適である。こうすれば、第１の光像を撮像する際の感度と第２の光像を撮像する際の感度を自由に設定でき、２つの光像の撮像条件の自由度を高めることができる。

またさらに、制御部は、第１の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間と第２の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間とを異なる時間に制御する、ことも好適である。こうすれば、第１の光像を撮像する際の感度と第２の光像を撮像する際の感度を異なるように設定でき、２つの光像の撮像条件の自由度を高めることができる。

さらにまた、制御部は、第１の画素列群におけるローリング読み出しの開始タイミングと第２の画素列群におけるローリング読み出しの開始タイミングとが同期するように制御する、ことも好適である。このような構成によれば、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像との間で対象物の同一部位での露光タイミングを確実に揃えることができ、２つの光像の各部位の露光条件を一層均一化することができる。

さらに、本発明の一実施形態にかかる撮像装置は、外部から対象物の観察光を第１及び第２の光に分割し、第１及び第２の光を基に生成された第１及び第２の光像を同時に撮像する光観察装置に用いられる撮像装置であって、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成された第１の画素列群と、第１の画素列群に隣り合い、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成された第２の画素列群と、第１の画素列群からの信号読み出しを処理する第１の信号読み出し回路と、第２の画素列群からの信号読み出しを第１の信号読み出し回路とは独立に処理する第２の信号読み出し回路と、を備え、第１の信号読み出し回路は、第１の画素列群における信号読み出しをローリング読み出しにより処理し、かつ、ローリング読み出しの方向が複数の画素列の並列方向における一方向となるように設定し、第２の信号読み出し回路は、第２の画素列群における信号読み出しをローリング読み出しにより処理し、かつ、ローリング読み出しの方向が複数の画素列の並列方向における一方向となるように設定する。

かかる撮像装置によれば、対象物の観察光から分割された第１の光を基に形成された第１の光像が、撮像装置の第１の領域に含まれる第１の画素列群によって受光可能にされる。それと同時に、対象物の観察光から分割された第２の光を基に形成された第２の光像が、撮像装置の第２の領域に含まれる第２の画素列群によって受光可能にされる。そして、第１及び第２の光像の検出信号は、それぞれ、第１及び第２の信号読み出し回路によって、第１及び第２の画素列群から独立にローリング読み出しされ、第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と第２の画素列におけるローリング読み出しの方向が同一にされる。これにより、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像との間で対象物の同一部位での露光タイミングが揃いやすいので、２つの光像の各部位の露光条件を均一化することができる。その結果、２つの光像の検出像を用いた比較観察を容易にすることができる。

ここで、前記第１及び第２の信号読み出し回路は、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において同一となるような第１の読み出しモードと、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において逆方向となるような第２の読み出しモードとを切り替える、ことも好適である。かかる構成を採れば、撮像素子で同時に２つの光像を撮像する場合には第１の読み出しモードに切り替えることで、２つの光像の各部位の露光条件を均一化できる。その一方で、撮像素子で単一の光像を撮像する場合には第２の読み出しモードに切り替えることで、単一の光像の検出像における線状の明暗差の発生を防止できる。その結果、２つの光像を撮像する観察モードと単一の光像を撮像する観察モードで共用する場合であっても、光像の高精度での観察を可能にする。

本発明によれば、ローリング読み出し方式を採用した場合であっても対象物の２種類の光像の比較観察を容易にする。

本発明の一実施形態の光観察装置１の概略構成図である。 図１の光分割光学装置７の構成の一例を示す透視図である。 図１の撮像装置８の構成を示すブロック図である。 図１の制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。 図１の制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。 本発明の本実施形態に係る光観察方法の手順を示すフローチャートである。 （ａ）は、ダブルビューモードでの使用時に制御部９によって制御される受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示す図であり、（ｂ）は、それに対応した受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示す図である。 （ａ）は、シングルビューモードでの使用時に制御部９によって制御される受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示す図であり、（ｂ）は、それに対応した受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示す図である。 本発明の変形例に係る制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。 本発明の変形例に係る制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。 （ａ）は、本発明の変形例における受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示す図であり、（ｂ）は、それに対応した受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示す図である。 （ａ）は、比較例における受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示す図であり、（ｂ）は、それに対応した受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示す図である。 （ａ）は、従来例における受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示す図であり、（ｂ）は、それに対応した受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示す図である。 （ａ）は、比較例における受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示す図であり、（ｂ）は、それに対応した受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示す図である。

以下、添付図面を参照しながら本発明による光観察装置及びそれに用いる撮像装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。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。

図１は、本発明の一実施形態の光観察装置１の概略構成図である。本実施形態による光観察装置１は、観察対象物Ａの観察光を波長成分で分割し、分割された２つの波長成分の光像を撮像して出力する装置である。同図に示すように、光観察装置１は、観察対象物Ａを搭載するステージ２と、観察対象物Ａに照射する照明光Ｉを出射する光源３と、光源３から出射された照明光Ｉを集光するコリメータレンズ４と、照明光Ｉの照射に応じて観察対象物Ａから発生せられる蛍光、反射光等の観察光Ｂ_１を集光する対物レンズ５と、光源３から照明光Ｉをステージ２上の観察対象物Ａに向けて反射するとともに、観察対象物Ａからの観察光Ｂ_１を透過するビームスプリッタ６と、観察光Ｂ_１を２つに分割して２つの光像として出力する光分割光学装置７と、光分割光学装置７によって分割された２つの光像の結像位置に配置された撮像装置（撮像素子）８と、撮像装置８の動作を制御する制御部９とを含んで構成される。この光分割光学装置７には、開口絞り１０、コリメータレンズ１１、光分割光学系１２、及び結像レンズ１３が内蔵されている。

図２は、光分割光学装置７の構成の一例を示す透視図である。同図に示すように、光分割光学装置７は、筐体２２内に、コリメータレンズ１１と、結像レンズ１３と、前段ダイクロイックミラー２５ａ、後段ダイクロイックミラー２５ｂ、前段ミラー２６ａ、後段ミラー２６ｂ、及び補正レンズ２７を含む光分割光学系１２が内蔵されて構成されている。さらに、筐体２２の一端側の端面には、円形状の開口を有する開口絞り１０が設けられている。この開口絞り１０は、その開口の内径が可変に設定できる絞り調整機構１５を有している。以下、光分割光学装置７の各構成要素の構成について説明する。

この光分割光学装置７は、ビームスプリッタ６を透過した観察光Ｂ_１が開口絞り１０から内部に入射可能なように配置される。そして、開口絞り１０を通過した観察光Ｂ_１は、コリメータレンズ１１により、平行光に変換されてコリメータレンズ１１の光軸Ｌ_１に沿って出力される。

前段ダイクロイックミラー２５ａ及び後段ダイクロイックミラー２５ｂは、筐体２２の内部の光軸Ｌ_１上から着脱可能に配置されている。すなわち、これらのダイクロイックミラー２５ａ，２５ｂは、一体化されて筐体２２内の観察光Ｂ_１の光路上から着脱可能に構成されている。なお、ダイクロイックミラー２５ａ，２５ｂは、後述する前段ミラー２６ａ、後段ミラー２６ｂ、及び補正レンズ２７とも一体化されて着脱可能にされていてもよい。この前段ダイクロイックミラー２５ａは、コリメータレンズ１１から出力された平行光を分光して、分光された第１の分割光Ｂ_２を光軸Ｌ_１に沿った方向に透過させる。同時に、前段ダイクロイックミラー２５ａは、平行光を分光して、分光された第２の分割光Ｂ_３を光軸Ｌ_１に対して垂直な方向に反射させる。

後段ダイクロイックミラー２５ｂは、前段ダイクロイックミラー２５ａを透過した第１の分割光Ｂ_２をさらに透過することにより、第１の分割光Ｂ_２を筐体２２の他端側に配置された結像レンズ１３に向けて出力する。同時に、後段ダイクロイックミラー２５ｂは、前段ダイクロイックミラー２５ａで反射された後に前段ミラー２６ａ、補正レンズ２７、及び後段ミラー２６ｂを経由した第２の分割光Ｂ_３を反射して、その第２の分割光Ｂ_３を結像レンズ１３に向けて出力する。

前段ミラー２６ａは、前段ダイクロイックミラー２５ａから出力された第２の分割光Ｂ_３を光軸Ｌ_１に平行な方向に反射する。後段ミラー２６ｂは、前段ミラー２６ａを経由した第２の分割光Ｂ_３を光軸Ｌ_１に交差する方向に沿って後段ダイクロイックミラー２５ｂの受光面に向けて反射する。補正レンズ２７は、前段ミラー２６ａと後段ミラー２６ｂとの間に配置され、第２の分割光Ｂ_３の倍率補正や色補正を行う機能を有する。

結像レンズ１３は、その光軸Ｌ_２が光軸Ｌ_１に平行になるように支持され、光軸Ｌ_２が光軸Ｌ_１に対して平行な状態を保ったまま光軸Ｌ_１に垂直な方向に移動可能に構成されている。結像レンズ１３は、ダイクロイックミラー２５ａ，２５ｂを経由して観察光Ｂ_１から分割された第１及び第２の分割光Ｂ_２，Ｂ_３を受けて、それらの分割光Ｂ_２，Ｂ_３を、外部に配置されたカメラ装置３０内の撮像装置８上に、分離された第１及び第２の光像として結像させる。このとき、開口絞り１０の内径と、後段ダイクロイックミラー２５ｂ又は後段ミラー２６ｂの角度及び位置と、結像レンズ１３の位置とが適切に調整されることにより、第１及び第２の光像を撮像装置８の受光面の二分割された領域で受光させることができる。一方、結像レンズ１３は、ダイクロイックミラー２５ａ，２５ｂが取り外された際には、観察光Ｂ_１をコリメータレンズ１１のみを経由して受けて、その観察光Ｂ_１をカメラ装置３０内の撮像装置８上に単一の光像として結像させる。このとき、開口絞り１０の内径と結像レンズ１３の位置とが適切に調整されることにより、単一の光像を撮像装置８の受光面全体のより広い領域で受光させることができる。

なお、光分割光学装置７には、前段ダイクロイックミラー２５ａ及び後段ダイクロイックミラー２５ｂが着脱されたことを検出して制御部９にその検出信号を出力するスイッチ素子、センサ素子等の検出機構１４が設けられていてもよい。また、ダイクロイックミラー２５ａ，２５ｂを経由して観察光Ｂ_１から分割された第１及び第２の分割光Ｂ_２，Ｂ_３の光路上にバンドパスフィルタなどの波長フィルタを配置してもよい。

このような構成の光分割光学装置７は、カメラ装置３０によって観察光を単一の光像で観察する観察モード（以下、「シングルビューモード」と言う。）と、カメラ装置３０によって観察光を２つの光像に分離して観察する観察モード（以下、「ダブルビューモード」と言う。）との両方に兼用することができる。

次に、図３を参照して、撮像装置８の詳細構成について説明する。同図に示すように、撮像装置８は、その受光面４１に沿って２次元状に配列された複数の画素回路４２を有している。この画素回路４２は、光を電荷に変換するフォトダイオード４３と、フォトダイオード４３に蓄積された電荷を電気信号に変換するアンプ４４と、アンプから出力される電気信号の読み出しタイミングを規定するスイッチ４５により構成されている。このような複数の画素回路４２は、受光面４１に沿って一方向（図３の左右方向）に所定の間隔で所定個で配列されて画素列４６を構成する。そして、画素列４６は受光面４１に沿って一方向に垂直な方向（図３の上下方向）に複数並べられて隣り合う２つの画素列群４７ａ，４７ｂを構成する。すなわち、２つの画素列群４７ａ，４７ｂは、それぞれ、受光面４１の中央部を跨って配置された複数の画素列４６のうち、受光面４１を中央部で二分割した領域４８ａ，４８ｂ内の画素列４６を含む。この受光面４１の領域４８ａ，４８ｂは、それぞれ、光分割光学装置７から出力された第１及び第２の光像の結像位置に対応する。

さらに、撮像装置８は、２つの画素列群４７ａ，４７ｂごとにローリング読み出しが可能な回路構成を別々に有している。具体的には、領域４８ａに含まれる各画素回路４２のアンプ４４の出力には、ＣＤＳアンプ４９ａとＡ／Ｄコンバータ５０ａとを含む直列回路が接続され、これらの直列回路は、画素列４６における画素回路４２の配列数分設けられ、画素列群４７ａに含まれる複数の画素列４６を跨って、画素列４６の配列方向に沿って共通に接続される。そして、これらの直列回路には、共通にデジタル信号出力回路（信号読み出し回路）５１ａが接続されている。このような構成により、画素列群４７ａに含まれる画素列４６を構成する画素回路４２によって検出された光像の検出信号は、画素列４６毎にデジタル信号としてデジタル信号出力回路５１ａによって順次読み出される。

同様に、領域４８ｂに含まれる各画素回路４２のアンプ４４の出力には、ＣＤＳアンプ４９ｂとＡ／Ｄコンバータ５０ｂとを含む直列回路が接続され、これらの直列回路は、画素列群４７ｂに含まれる複数の画素列４６を跨って、画素列４６の配列方向に沿って共通に接続される。そして、これらの直列回路には、共通にデジタル信号出力回路（信号読み出し回路）５１ｂが接続されている。このような構成により、画素列群４７ｂに含まれる画素列４６を構成する画素回路４２によって検出された光像の検出信号は、画素列４６毎にデジタル信号としてデジタル信号出力回路５１ｂによって順次読み出される。

また、撮像装置８には、画素回路４２における露光タイミング及び信号読み出しタイミングを規定する走査回路５２が更に設けられている。この走査回路５２は、画素回路４２のスイッチ４５による電気信号の読み出しタイミングを、画素列４６毎に規定する。すなわち、走査回路５２は、画素回路４２からの電気信号の読み出しを、画素列４６毎に受光面４１に沿った所定の方向の順番で行う、いわゆる、ローリング読み出しで行うように読出しタイミングを規定する。ここで、走査回路５２は、ローリング読み出しを、領域４８ａに含まれる画素列群４７ａと領域４８ｂに含まれる画素列群４７ｂとで独立に行うように読出しタイミングを規定する。さらには、走査回路５２は、制御部９からの指示信号を受けて、領域４８ａに含まれる画素列群４７ａと領域４８ｂに含まれる画素列群４７ｂとで独立に、受光面４１に沿ったローリング読み出しの方向を設定可能に構成されている。

図１に戻って、制御部９は、撮像装置８に接続されて、撮像装置８における画素列群４７ａからのローリング読み出しの方向と、撮像装置８における画素列群４７ｂからのローリング読み出しの方向とを、独立に制御するように指示信号を生成する。この制御部９は、カメラ装置３０の外部に接続されたコンピュータ端末等の制御装置であってもよいし、撮像装置８上に搭載される制御回路であってもよい。具体的には、制御部９は、光分割光学装置７がダブルビューモードに設定されている際には、すなわち、前段ダイクロイックミラー２５ａ及び後段ダイクロイックミラー２５ｂを含む光分割光学系１２（図２）が観察光Ｂ_１の光路上に配置されている際には、次のように制御する。具体的には、画素列群４７ａにおけるローリング読み出しの方向と、画素列群４７ｂにおけるローリング読み出しの方法とが、画素列４６の並列方向において同一の方向となるように制御する。図４は、制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。このように、画素列群４７ａにおいてはローリング読み出しの方向が領域４８ａの領域４８ｂに対して反対側の端部から領域４８ａと領域４８ｂとの境界に向けた方向（図４の下方向）に制御され、画素列群４７ｂにおいてはローリング読み出しの方向が領域４８ｂと領域４８ａとの境界から領域４８ｂの領域４８ａに対して反対側の端部に向けた方向（図４の下方向）に制御される。

また、制御部９は、光分割光学装置７がシングルビューモードに設定されている際には、すなわち、前段ダイクロイックミラー２５ａ及び後段ダイクロイックミラー２５ｂを含む光分割光学系１２（図２）が観察光Ｂ１の光路上から取り外されて離脱している際には、次のように制御する。具体的には、画素列群４７ａにおけるローリング読み出しの方向と、画素列群４７ｂにおけるローリング読み出しの方法とが、画素列４６の並列方向において逆の方向となるように制御する。図５は、制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。このように、画素列群４７ａにおいてはローリング読み出しの方向が領域４８ａと領域４８ｂとの境界から領域４８ａの領域４８ｂに対して反対側の端部に向けた方向（図４の上方向）に制御され、画素列群４７ｂにおいてはローリング読み出しの方向が領域４８ｂと領域４８ａとの境界から領域４８ｂの領域４８ａに対して反対側の端部に向けた方向（図４の下方向）に制御される。

ここで、制御部９は、光分割光学装置７に前段ダイクロイックミラー２５ａ及び後段ダイクロイックミラー２５ｂが着脱されたことを検出する検出機構が設けられている場合には、次のように読み出しモードを切り替えるように制御してもよい。すなわち、制御部９は、前段ダイクロイックミラー２５ａ及び後段ダイクロイックミラー２５ｂを含む光分割光学系１２が光路上に配置されたことが検出された際には、図４に示したような画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向が同一方向となる第１の読み出しモードに自動的に切り替えるように制御する。一方、制御部９は、光分割光学系１２が光路上から離脱したことが検出された際には、図５に示したような画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向が逆方向となる第２の読み出しモードに自動的に切り替えるように制御する。なお、光分割光学装置７に検出機構が設けられていない場合には、観察者の選択に応じて、制御部９が読み出しモードを切り替えるようにしてもよい。

次に、光観察装置１を用いた本実施形態に係る光観察方法の手順について詳述する。図６は、光観察方法の手順を示すフローチャートである。

観察処理が開始されると、最初に、ローリング読み出し方向を決定するために、観察者は観察モードを選択する（Ｓ０）。具体的には、観察者は、制御部９の表示部に表示された選択画面を用いて、シングルビューモードもしくはダブルビューモードを選択する。ダブルビューモードの場合、観察光Ｂ_１は、光分割光学系１２によって第１の分割光Ｂ_２と第２の分割光Ｂ_３に分割される（Ｓ１１）。その後、第１の分割光Ｂ_２と第２の分割光Ｂ_３は結像され、第１の分割光Ｂ_２に対応する第１の光像と第２の分割光Ｂ_３に対応する第２の光像が形成される（Ｓ２１）。第１の光像が形成される位置に画素列群４７ａが、第２の光像が形成される位置に画素列群４７ｂが位置するように撮像装置８が配置されている。ダブルビューモードの場合、画素列群４７ａと画素列群４７ｂとでローリング読出しの方向が同一となる第１の読み出しモードが選択され、第１の光像および第２の光像は、第１の読み出しモードで撮像される（Ｓ３１）。得られた画像データを基に、第１の光像に対応する第１の画像と第２の光像に対応する第２の画像とが作成され、制御部９の表示部に表示される（Ｓ４）。

一方で、シングルビューモードが選択された場合、観察光Ｂ_１が結像され光像が形成される（Ｓ２２）。シングルビューモードの場合、画素列群４７ａと画素列群４７ｂとでローリング読出しの方向が逆方向となる第２の読み出しモードが選択され、光像は、第２の読み出しモードで撮像される（Ｓ３２）。撮像によって得られた画像データを基に、光像に対応する画像が作成され、制御部９の表示部に表示される（Ｓ４）。

以上説明した光観察装置１、それに用いる撮像装置８、及び光観察方法によれば、光分割光学系１２によって観察対象物Ａの観察光が第１及び第２の分割光に分割され、分割された第１及び第２の分割光が結像レンズ１３によって結像されて第１及び第２の光像が形成され、第１の光像は撮像装置８の領域４８ａに含まれる画素列群４７ａによって受光され、第２の光像は撮像装置８の領域４８ｂに含まれる画素列群４７ｂによって受光される。そして、第１及び第２の光像の検出信号は、それぞれ、制御部９の制御によって、画素列群４７ａ，４７ｂから独立にローリング読み出しされ、画素列群４７ａにおけるローリング読み出しの方向と画素列群４７ｂにおけるローリング読み出しの方向が同一にされる。これにより、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像との間で観察対象物Ａの同一部位での露光タイミングが揃いやすいので、２つの光像の各部位の露光条件を均一化することができる。その結果、２つの光像の検出像を用いた比較観察を容易にすることができる。

図７（ａ）には、ダブルビューモードでの使用時に制御部９によって制御される受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示し、それに対応して、図７（ｂ）には、ダブルビューモードでの使用時における受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示している。同図に示すように、領域４８ａと領域４８ｂとでローリング読み出しの方向が同一に設定されることにより、領域４８ａに含まれる複数の画素列４６の露光期間Ｔ_Ａ１が、領域４８ａの端部から受光面４１の中央部に向けて所定期間だけ順次遅れるように設定され、領域４８ｂに含まれる複数の画素列４６の露光期間Ｔ_Ｂ１が、受光面４１の中央部から領域４８ｂの端部に向けて所定期間だけ順次遅れるように設定される。その結果、検出像の同じ部位に対応する画素列４６の露光期間Ｔ_Ａ１，Ｔ_Ｂ１が、領域４８ａ，４８ｂ間で一致しやすくなる。これにより、観察対象物Ａが動く場合や、蛍光試薬の劣化等により観察光が変化する場合に、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像とを正確に比較することができる。

ここで、制御部９は、読み出しモードを第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとを切り替え可能にされている。また、デジタル信号出力回路５１ａ，５１ｂ及び走査回路５２は、制御部９の制御によって、第１の読み出しモードと第２の読み出しモードとのうちから読み出しモードを選択するように動作する。これにより、ダブルビューモードでの使用時の２つの光像の各部位の露光条件を均一化できる。その一方で、シングルビューモードで使用する場合には、単一の光像の検出像における線状の明暗差の発生を防止できる。その結果、シングルビューモードとダブルビューモードで共用する場合であっても、高精度での光像の観察を可能にする。

図８（ａ）には、シングルビューモードでの使用時に制御部９によって制御される受光面４１上のローリング読み出しの方向を概念的に示し、それに対応して、図８（ｂ）には、シングルビューモードでの使用時における受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示している。同図に示すように、領域４８ａと領域４８ｂとでローリング読み出しの方向が逆に設定されることにより、領域４８ａに含まれる複数の画素列４６の露光期間Ｔ_Ａ２が、受光面４１の中央部から領域４８ａの端部に向けて所定期間だけ順次遅れるように設定され、領域４８ｂに含まれる複数の画素列４６の露光期間Ｔ_Ｂ２が、受光面４１の中央部から領域４８ｂの端部に向けて所定期間だけ順次遅れるように設定される。その結果、検出像に中央部で隣接する画素列４６の露光期間Ｔ_Ａ２，Ｔ_Ｂ２が、領域４８ａ，４８ｂ間で一致しやすくなる。これにより、単一の光像の検出像における領域４８ａと領域４８ｂとの境界における線状の明暗差の発生を防止することができる。

これに対して、図１２には、シングルビューモード使用時に画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向が同一方向となる第１の読み出しモードで設定した場合の受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示している。このように設定すると、検出像の中央部に対応する隣接する２つの画素列４６の露光期間Ｔ_Ａ３，Ｔ_Ｂ３が、領域４８ａ，４８ｂ間で不一致となってしまうため好ましくない。この場合は、単一の光像の検出像において領域４８ａと領域４８ｂとの境界での線状の明暗差が生じやすくなってしまう。

さらに、図１３には、従来のローリング読み出し方式の撮像装置を用いた場合の受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示している。このような場合は、受光面４１全体で一方向にローリング読み出しが実行されることにより、複数の画素列４６の露光期間Ｔ_４が、受光面４１の一端部から他端部に向けて所定期間だけ順次遅れるように設定される。その結果、ダブルビューモードで使用した場合に２つの検出像の同じ部位に対応する画素列４６の露光期間Ｔ_４が不一致になりやすい。これにより、観察対象物Ａが動く場合や、蛍光試薬の劣化等により観察光が変化する場合に、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像との露光条件が異なり、それらを正確に比較することができない。

また、図１４には、ダブルビューモード使用時に第２の読み出しモードで設定した場合の受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示している。この場合は、検出像の同じ部位に対応する画素列４６の露光期間Ｔ_Ａ５，Ｔ_Ｂ５が、領域４８ａ，４８ｂ間で不一致となってしまう。これにより、第１の光像の検出像と第２の光像の検出像との露光条件が異なり、それらを正確に比較することができない。

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、光観察装置１の制御部９が設定する第１及び第２の読み出しモードは以下のように変更することができる。

図９及び図１０は、本発明の変形例にかかる制御部９によって制御される受光面４１上の画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向を概念的に示す図である。図９に示すように、ダブルビューモード使用時には、画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向がともに、図４に示した方向と逆方向に設定されてもよい。また、図１０に示すように、シングルビューモード使用時には、画素列群４７ａ，４７ｂにおけるローリング読み出しの方向がともに、図５に示した方向と逆方向に設定されてもよい。

また、制御部９は、各画素列群４７ａ，４７ｂごとに露光時間を独立に可変可能に構成されていてもよく、各画素列群４７ａ，４７ｂごとに露光時間を異なる時間に制御可能に構成されていてもよい。図１１には、本発明の変形例における受光面４１上の各画素列４６における露光タイミングを示している。同図に示すように、制御部９が、各画素列群４７ａ，４７ｂごとにローリング読み出しの方向を制御するとともに、各画素列群４７ａ，４８ｂの露光期間Ｔ_Ａ６，Ｔ_Ｂ６の長さを異なる時間に設定可能にされている。この場合、各画素列４６の信号読み出しの開始タイミングは各画素列の露光期間Ｔ_Ａ６，Ｔ_Ｂ６の直後に設定され、信号読み出しの開始タイミングは各領域４８ａ，４８ｂ間で同期するように制御される。すなわち、検出像の同一部位に対応する領域４８ａ，４８ｂ内の２つの画素列４６の信号読み出しのタイミングが、互いに同期するように制御されることになる。

従来のダブルビューモードでの観察光の撮像では、異なる波長領域の光像をそれぞれ撮像するが、それぞれの光像の光強度が大きく違う場合は、それらが同程度になるように減光フィルタ等を通過させている。図１１に示す本実施形態では、露光時間を２つの光像間で独立に設定可能にされているので、光強度が大きい方の一方の光像の露光時間を他方よりも短くすることで、減光フィルタを用いなくても検出像として検出される光強度を同程度にすることができる。さらに、２つの領域４８ａ，４８ｂ内の２つの画素列４６の信号読み出しのタイミングを同期させることで、２つの光像の検出像間で観察対象物の同一部位での露光タイミングを確実に揃えることができ、２つの光像の各部位の露光条件を一層均一化することができる。

また、光観察装置１を構成する光分割光学装置７の構成は図２に示す構成には限定されず、米国特許第５，９２６，２８３号公報や米国特許第７，６６７，７６１号公報等に記載された光分割光学系、文献「K. Kinosita, Jr. et al., “DualViewMicroscopy with a Single Camera: Real-Time Imaging of Molecular Orientationsand Calcium”, The Journal of Cell Biology, Volume 115, Number 1, October 1991, pp67-73」に記載された光学系等の従来構成のものを用いてもよい。また、光分割光学系１２は、ダイクロイックミラーを含む構成に限らない。

１…光観察装置、７…光分割光学装置、８…撮像装置、９…制御部、１２…光分割光学系、１３…結像レンズ、４２…画素回路、４６…各画素列、４７ａ…第１の画素列群、４７ｂ…第２の画素列群、４８ａ…第１の領域、４８ｂ…第２の領域、５１ａ…デジタル信号出力回路（第１の信号読み出し回路）、５１ｂ…デジタル信号出力回路（第２の信号読み出し回路）、Ａ…観察対象物、Ｂ_１…観察光、Ｂ_２…第１の分割光、Ｂ_３…第２の分割光。

Claims (8)

1. 外部から対象物の観察光を受けて、前記観察光を第１及び第２の光に分割する光分割光学系と、
   前記第１及び第２の光を受けて、前記第１及び第２の光のそれぞれを結像して第１及び第２の光像を形成する結像レンズと、
   前記第１及び第２の光像の結像位置に配置され、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成され、前記第１の光像の結像位置に対応する第１の領域に含まれる前記複数の画素列のうちの第１の画素列群と、前記第２の光像の結像位置に対応する第２の領域に含まれる前記複数の画素列のうちの第２の画素列群とにおいて独立にローリング読み出しが可能な撮像素子と、
   前記第１の領域に含まれる前記第１の画素列群と、前記第２の領域に含まれる前記第２の画素列群とにおけるローリング読み出しを制御する制御部と、を備え、
   前記制御部は、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において同一となるように制御する、
   ことを特徴とする光観察装置。
2. 前記制御部は、
   前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において同一となるような第１の読み出しモードと、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において逆方向となるような第２の読み出しモードとを切り替え可能に制御する、
   ことを特徴とする請求項１記載の光観察装置。
3. 前記光分割光学系は、前記観察光の光路上から着脱可能に構成されており、
   前記制御部は、前記光分割光学系が前記光路上に配置されている際には、前記第１の読み出しモードに切り替え、前記光分割光学系が前記光路上から離脱している際には、前記第２の読み出しモードに切り替えるように制御する、
   ことを特徴とする請求項２記載の光観察装置。
4. 前記制御部は、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間と前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間とをそれぞれ可変可能に制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の光観察装置。
5. 前記制御部は、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間と前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの露光時間とを異なる時間に制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の光観察装置。
6. 前記制御部は、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの開始タイミングと前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの開始タイミングとが同期するように制御する、
   ことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の光観察装置。
7. 複数の画素を含む画素列が複数並んで構成された第１の画素列群と、前記第１の画素列群に隣り合い、複数の画素を含む画素列が複数並んで構成された第２の画素列群を有し、前記第１の画素列群と前記第２の画素列群とをそれぞれローリング読出しをすることが可能な撮像装置を用いた光観察方法において、
   外部から対象物の観察光を第１及び第２の光に分割し、
   前記第１の光を結像して第１の光像を前記第１の画素列群に入射されるように形成し、
   前記第２の光を結像して第２の光像を前記第２の画素列群に入射されるように形成し、
   前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において同一となるように制御する、
   ことを特徴とする光観察方法。
8. 前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において同一となるような第１の読み出しモードと、前記第１の画素列群におけるローリング読み出しの方向と、前記第２の画素列群におけるローリング読み出しの方向とが、前記複数の画素列の並列方向において逆方向となるような第２の読み出しモードとを選択する、
   ことを特徴とする請求項７記載の光観察方法。

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