JP6378869B2 - 顕微鏡、顕微鏡システム、制御方法およびプログラム - Google Patents
顕微鏡、顕微鏡システム、制御方法およびプログラム Download PDFInfo
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前記試料を載置する載置手段と、
光を出射する光源と、前記光源から出射された光が通過する励起フィルタとを備え、前記載置手段に載置された試料に前記励起フィルタからの励起光を照射する照明光学系と、
対物レンズと、
前記対物レンズを通じて前記試料を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置により前記試料を撮影して得られた観察画像を表示領域内に表示する表示手段と、
前記対物レンズの光軸と直交する方向において、前記表示手段に表示された試料の観察位置の変更をユーザから受け付ける受付手段と、
前記受付手段により前記観察位置の変更操作を受け付けている間に、当該変更操作による前記観察位置の移動量を、前記表示手段の表示領域内において前記観察画像の座標位置を移動させることにより、視覚的に表現する表示制御手段と、
前記受付手段により受け付けられた前記観察位置の変更に応じて、前記対物レンズの光軸と直交する方向に前記載置手段と前記対物レンズを相対的に移動させる移動手段と、
前記移動手段による移動が完了したことを示す変更完了信号が発行されると、前記試料に励起光を照射させ、前記試料の撮影が終了すると前記励起光の照射を停止させる点灯制御手段と、
判定手段とを備え、
前記表示制御手段は、前記変更完了信号が発行された後に取得された観察画像を前記表示領域に表示するように表示内容を更新し、
前記受付手段は、前記観察位置の変更操作に加えて、前記撮影装置の明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付け、
前記判定手段は、前記明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付けた場合は、当該制御パラメータの変更が前記撮影装置による新たな撮影を必要とする変更であるかどうかを当該制御パラメータの変更内容に応じて判定し、
前記点灯制御手段は、
前記観察位置の変更操作を受け付けると、前記載置手段が目標位置に移動完了したことで発行される変更完了信号に基づき前記励起光を試料に照射し、
前記明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付けたことで前記判定手段が前記撮影装置による新たな撮影を必要としないと判定すると前記励起光の照射停止を継続させ、前記判定手段が前記撮影装置による新たな撮影を必要とすると判定すると前記励起光の照射を許可することを特徴とする。
操作部33を通じてZスタック画像の取得(つまりZスタックの実行)が指示されると、CPU30は、Zスタックの実行を顕微鏡1の制御部20に指示する。この際に、CPU30は、操作部33を通じてユーザーにより設定された制御パラメータ(露光時間、Zスタック数Nz、トータル撮影枚数Nt、撮影開始時刻、光源の種類、フィルタ、対物レンズの倍率、Zステージの移動範囲Wなど)も制御部20に送信される。制御部20は、制御パラメータにしたがって露光時間などを撮影装置18に設定するとともに、Zステージ(対物レンズユニット12)を撮影開始位置に移動させるためにモータ13を制御する。制御部20は、撮影開始時刻になると光源を点灯させて撮影を開始する。制御部20は、移動範囲WをZスタック数Nz撮影枚数で除算して一回の移動距離である移動ピッチPを求め、それに応じてモータ13を駆動してZステージを移動させる。つまり、1枚の画像を取得するたびに移動ピッチPだけZステージが移動する。撮影枚数がZスタック数Nzに一致するまでZステージの移動と撮影とが繰り返し実行される。これにより、指定された枚数(Zスタック数Nz)の画像が取得される。制御部20は、各画像を撮影したときの制御パラメータ(撮影時刻、対物レンズ、ZステージのZ位置)を含むメタデータを作成して各画像に添付する。ZステージのZ位置は、実質的に、対物レンズと試料3との間の距離を示しており、Z位置を示す位置データは距離を示す距離データに相当する。制御部20は、画像を取得するたびに通信部23を通じて当該画像を制御装置2に送信してもよいし、または、Zスタック数Nz分の複数の画像の取得が完了するたびにこれらの画像を一括して制御装置2に送信してもよい。なお、制御部20は、メタデータとしてZ位置を示す位置データ(距離データ)を各画像に付与してもよいが、制御パラメータに基づいてCPU30がこのようなメタデータを作成してもよい。顕微鏡1に設定した制御パラメータには移動範囲および移動ピッチの情報が含まれているため、CPU30は移動範囲を移動ピッチで除算することによって各画像のZ位置を求めることができる。CPU30は、通信インタフェース32を通じて受信した複数のレイヤー画像を記憶装置31に記憶する。このように、記憶装置31は、顕微鏡1において対物レンズと試料3との間の距離を変えながら当該試料を撮影して取得された複数の画像と、各画像を取得したときの対物レンズの光軸方向における位置を示す位置データとを関連付けて記憶する記憶手段として機能する。この複数のレイヤー画像がZスタック画像である。CPU30は、操作部33からの指示に応じてZスタック画像から3次元画像を構築して表示部34に表示してもよい。
図4は制御パラメータの変更に関与する機能を示すブロック図である。制御部20の代表的な機能として撮影制御部401と点灯制御部402について説明する。撮影制御部401は、制御装置2によって設定された撮影パラメータ(例:露光時間、ビニング、ゲイン、XY座標、Z座標、フィルタ、対物レンズの倍率など)にしたがって顕微鏡1の撮影装置18、XYステージ6、対物レンズユニット12、フィルタターレット14などを制御するユニットである。点灯制御部402は、制御装置2からの制御信号にしたがって透過照明光源4や蛍光落射照明光源8の点灯および消灯を制御したり、遮光機構25を制御したりするユニットである。
撮影装置18の明るさに関する制御パラメータ(露光時間/ゲイン/ビニング)も表示制御部414が前回撮影した画像を画像処理(輝度値の変更など)によってシミュレートすることができる。よって、この場合も新たな撮影を省略できる。図10は明るさに関する制御パラメータの変更を観察画像510の輝度値やコントラストを変更することでシミュレートしたユーザーインタフェースの一例を示している。
図9は本発明の内容を生かした複数枚連続撮影時の動作フローを示すフローチャートである。すでに説明した個所には同一の参照符号を付与することで説明の簡明化に努める。
保存部411は、取得された画像データ431に対して、その画像データ431が取得影されたときの透過照明光源4、蛍光落射照明光源8、撮影装置18、メカ制御部403の少なくともいずれかの制御パラメータをメタデータ432として付与することができる。これらは後段の処理での情報、たとえば画像連結時に連結位置を決定するための座標情報やZスタックから3D画像を作る際の高さ情報などに利用されてもよい。また、表示制御部414での表示パラメータ算出のために用いられてもよい。表示中の観察画像510のメタデータ432に含まれている制御パラメータと、変更受付部412によって変更された制御パラメータとを比較し、変更された部分を観察画像510に反映するように観察画像510の表示パラメータを補正することで画像を変換してもよい。XY方向への観察位置の移動であれば、表示制御部414は、変更前後の座標を比較して観察画像510を平行移動させる。また、対物レンズの倍率変更では、表示制御部414は、変更前後の倍率を比較して観察画像を拡大縮小する。また、撮影装置18の明るさに関する撮影パラメータまたは光源の光量パラメータなどの画像の明るさが変更されると、表示制御部414は、変更前後の明るさに関するパラメータを比較して観察画像510のコントラストを調整してもよい。
本実施形態では光源として蛍光落射照明光源8と透過照明光源4を用いたが、本実施形態はこのうちの少なくとも1つの光源に適用可能である。照明のON/OFFは蛍光落射照明光源8および透過照明光源4を直接制御する方法が採用されてもよいし、絞りやメカシャッター、光変調素子などの遮光機構25が活用されてもよい。LEDなど短時間でON/OFF切り替え可能な光源の場合は、点灯制御部402は、光源のON/OFFによって照明光の照射と非照射とを切り替えることができる。水銀ランプやキセノンランプ、メタルハライドランプなど切替に数分程度の時間がかかる光源の場合、点灯制御部402は、遮光機構25を用いた遮光制御を実行してもよい。
Zスタック撮影や画像連結撮影など、制御パラメータを変更しながら複数枚の画像を取得する撮影では、上記の実施形態を適用することで高速かつ少量の照明光量で試料3を撮影することができる。
以上説明したように本実施形態によれば、顕微鏡システム100は顕微鏡1と顕微鏡1を制御する制御装置2とを有している。顕微鏡1は、試料3に照明光を照射する透過照明光源4、蛍光落射照明光源8と、対物レンズユニット12に取り付けられた対物レンズと、試料3を光軸と直交した方向に移動させるXYステージ6と、対物レンズをXYステージ6に対して相対的に移動させることで対物レンズと試料3までの距離を調整するZステージ(対物レンズユニット12)と、対物レンズを通じて試料3を撮影する撮影装置18を有している。制御装置2は、顕微鏡1を制御するための制御パラメータの変更を受け付ける変更受付部412と変更受付部412により受け付けられた制御パラメータの変更を顕微鏡1に設定する設定部413とを有している。顕微鏡1はさらに、顕微鏡1に対する制御パラメータの適用が完了して撮影装置18が撮影可能な状態になった後で試料3を撮影するために照明光を照射させ、試料3の撮影が終了すると照明光の照射を停止させる点灯制御部402を有している。なお、上述した撮影制御部401、点灯制御部402およびメカ制御部403は顕微鏡1と制御装置2のどちらに配置されてもよい。本実施形態によれば、試料3に対する照明光の照射時間が従来よりも削減可能となる。また、本実施形態によれば、点灯制御部402が、撮影に関与する機構の準備が完了し、かつ、撮影タイミングが到来したときに照明が実行され、撮影が終了すれば照明も停止される。よって、ユーザーは手動で照明をオンオフさせる必要がなくなり、照明に関するユーザーの操作負担が軽減される。
Claims (18)
- 試料に励起光を照射し、蛍光観察を行う顕微鏡システムであって、
前記試料を載置する載置手段と、
光を出射する光源と、前記光源から出射された光が通過する励起フィルタとを備え、前記載置手段に載置された試料に前記励起フィルタからの励起光を照射する照明光学系と、
対物レンズと、
前記対物レンズを通じて前記試料を撮影する撮影装置と、
前記撮影装置により前記試料を撮影して得られた観察画像を表示領域内に表示する表示手段と、
前記対物レンズの光軸と直交する方向において、前記表示手段に表示された試料の観察位置の変更をユーザから受け付ける受付手段と、
前記受付手段により前記観察位置の変更操作を受け付けている間に、当該変更操作による前記観察位置の移動量を、前記表示手段の表示領域内において前記観察画像の座標位置を移動させることにより、視覚的に表現する表示制御手段と、
前記受付手段により受け付けられた前記観察位置の変更に応じて、前記対物レンズの光軸と直交する方向に前記載置手段と前記対物レンズを相対的に移動させる移動手段と、
前記移動手段による移動が完了したことを示す変更完了信号が発行されると、前記試料に励起光を照射させ、前記試料の撮影が終了すると前記励起光の照射を停止させる点灯制御手段と、
判定手段とを備え、
前記表示制御手段は、前記変更完了信号が発行された後に取得された観察画像を前記表示領域に表示するように表示内容を更新し、
前記受付手段は、前記観察位置の変更操作に加えて、前記撮影装置の明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付け、
前記判定手段は、前記明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付けた場合は、当該制御パラメータの変更が前記撮影装置による新たな撮影を必要とする変更であるかどうかを当該制御パラメータの変更内容に応じて判定し、
前記点灯制御手段は、
前記観察位置の変更操作を受け付けると、前記載置手段が目標位置に移動完了したことで発行される変更完了信号に基づき前記励起光を試料に照射し、
前記明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付けたことで前記判定手段が前記撮影装置による新たな撮影を必要としないと判定すると前記励起光の照射停止を継続させ、前記判定手段が前記撮影装置による新たな撮影を必要とすると判定すると前記励起光の照射を許可することを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記明るさに関する制御パラメータは、前記撮影装置の露光時間、ゲイン、コントラストを含むことを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡システム。
- 前記撮影装置により取得された画像のメタデータの少なくとも一部である前記制御パラメータを当該画像と共に保存する保存手段をさらに有することを特徴とする請求項2に記載の顕微鏡システム。
- 前記メタデータは、画像の連結処理、3次元像画像の作成処理、画像の補正処理のうち少なくとも1つの画像処理に利用される制御パラメータを含むことを特徴とする請求項3に記載の顕微鏡システム。
- 前記点灯制御手段は、前記制御パラメータが前記顕微鏡システムにおけるメカ機構の作動を伴うパラメータであるときは当該メカ機構の作動が終了し、さらに当該メカ機構が安定した後で、前記励起光を照射させることを特徴とする請求項2ないし4のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。
- 前記点灯制御手段は、前記メカ機構の作動が終了してから、当該メカ機構が安定するまでに要する時間である所定時間が経過した後で、前記励起光を照射させることを特徴とする請求項5に記載の顕微鏡システム。
- 前記点灯制御手段は、前記顕微鏡システムに対する前記制御パラメータの適用が完了して前記撮影装置が撮影可能な状態になった後であって、かつ、撮影開始タイミングが到来したときに、前記励起光を照射させることを特徴とする請求項2ないし6のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。
- 前記制御パラメータの変更に使用され操作者により操作可能な操作手段をさらに有し、
前記判定手段は、前記操作手段が継続して操作されている間は前記撮影装置による新たな撮影を必要としないと判定することを特徴とする請求項2ないし7のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。 - 前記制御パラメータは、前記載置手段の座標であり、
前記判定手段は、前記受付手段により前記制御パラメータの変更として受け付けられた前記載置手段の座標の移動量が表示された画像の視野範囲内に収まる移動量であれば、前記撮影装置による新たな撮影を必要としないと判定し、
表示されていた画像が前記移動量にしたがって移動した表示位置に表示されることを特徴とする請求項2ないし7のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。 - 前記制御パラメータは、前記対物レンズの倍率に関連した制御パラメータを含み、
前記判定手段は、前記受付手段を通じて倍率の変更が指示されると、前記撮影装置による新たな撮影を必要としないと判定し、
表示されていた画像が、前記受付手段を通じて変更された倍率に応じて拡大または縮小されて表示されることを特徴とする請求項2ないし9のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。 - 前記撮影装置に複数枚の画像を連続して撮影させるときは、前記複数枚の画像のそれぞれを撮影する際に適用される制御パラメータを一括して前記顕微鏡システムに設定する設定手段をさらに有することを特徴とする請求項1ないし10のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。
- 前記励起光の照射と照射停止とは、前記光源の点灯と消灯によって実現されるか、または、前記光源と前記試料との間に設けられた遮光手段による遮光と非遮光によって実現されることを特徴とする請求項1ないし11のいずれか1項に記載の顕微鏡システム。
- 前記遮光手段は光変調素子であることを特徴とする請求項12に記載の顕微鏡システム。
- 前記遮光手段は絞り機構またはメカニカルシャッターであることを特徴とする請求項12に記載の顕微鏡システム。
- 前記遮光手段は、
光変調素子と
絞り機構またはメカニカルシャッターと
を有し、短時間の遮光を実行するときは前記光変調素子を使用し、長時間の遮光を実行するときは前記絞り機構または前記メカニカルシャッターを使用することを特徴とする請求項12に記載の顕微鏡システム。 - 前記点灯制御手段は、短時間の遮光を実行するときは前記光変調素子を使用し、長時間の遮光を実行するときは前記光源を消灯することを特徴とする請求項13に記載の顕微鏡システム。
- 試料に励起光を照射し、蛍光観察を行う顕微鏡システムの制御方法であって、
前記顕微鏡システムは、前記試料を載置する載置手段と、光を出射する光源と、前記光源から出射された光が通過する励起フィルタとを備える、前記載置手段に載置された試料に前記励起フィルタからの励起光を照射する照明光学系と、対物レンズと、前記対物レンズの光軸と直交する方向に前記載置手段と前記対物レンズを相対的に移動させる移動手段と、前記対物レンズを通じて前記試料を撮影する撮影装置と、前記撮影装置により前記試料を撮影して得られた観察画像を表示領域内に表示する表示手段とを有し、
前記制御方法は、
前記対物レンズの光軸と直交する方向において、前記表示手段に表示された試料の観察位置の変更をユーザから受け付ける受付工程と、
前記受付工程において前記観察位置の変更操作を受け付けている間に、当該変更操作による前記観察位置の移動量を、前記表示手段の表示領域内において前記観察画像の座標位置を移動させることにより、視覚的に表現する表示制御工程と、
前記受付工程において受け付けられた前記観察位置の変更に応じて、前記移動手段により前記対物レンズの光軸と直交する方向に前記載置手段と前記対物レンズを相対的に移動させる移動工程と、
前記移動手段による移動が完了したことを示す変更完了信号が発行されると、前記試料に励起光を照射させ、前記試料の撮影が終了すると前記励起光の照射を停止させる点灯制御工程と、
判定工程とを有し、
前記表示制御工程は、前記変更完了信号が発行された後に取得された観察画像を前記表示領域に表示するように表示内容を更新する更新工程を含み、
前記受付工程は、前記観察位置の変更操作に加えて、前記撮影装置の明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付ける工程を含み、
前記判定工程は、前記明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付けた場合は、当該制御パラメータの変更が前記撮影装置による新たな撮影を必要とする変更であるかどうかを当該制御パラメータの変更内容に応じて判定する工程を含み、
前記点灯制御工程は、
前記観察位置の変更操作を受け付けると、前記載置工程が目標位置に移動完了したことで発行される変更完了信号に基づき前記励起光を試料に照射する工程と、
前記明るさに関する制御パラメータの変更操作を受け付けたことで前記判定工程で前記撮影装置による新たな撮影を必要としないと判定されると前記励起光の照射停止を継続させ、前記判定工程で前記撮影装置による新たな撮影を必要とすると判定されると前記励起光の照射を許可する工程と
を含むことを特徴とする制御方法。 - 請求項17に記載の制御方法をコンピュータに実行させるプログラム。
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