JP6423261B2 - Microscope system, function calculation method, and program - Google Patents

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Description

本発明は、顕微鏡システム、球面収差を補正する補正装置の設定値を算出するための関数を算出する方法、及び、プログラムに関する。   The present invention relates to a microscope system, a method for calculating a function for calculating a set value of a correction apparatus for correcting spherical aberration, and a program.

顕微鏡によるサンプルの観察では、カバーガラスの厚さによって異なる量の球面収差が発生することが知られており、カバーガラスの厚さに起因する球面収差を補正する手段として対物レンズの補正環が知られている。   When observing a sample with a microscope, it is known that a different amount of spherical aberration occurs depending on the thickness of the cover glass, and the correction ring of the objective lens is known as a means for correcting the spherical aberration caused by the thickness of the cover glass. It has been.

従来、補正環は、専らカバーガラスの厚さに起因する球面収差を補正する手段として用いられてきたが、サンプル(例えば、生体試料)の深部を観察する手法が開発され普及した近年では、観察対象面の深さに応じて変化する球面収差を補正する目的にも使用可能である。   Conventionally, the correction ring has been used exclusively as a means for correcting spherical aberration caused by the thickness of the cover glass. However, in recent years when a method for observing the deep part of a sample (for example, a biological sample) has been developed and spread, It can also be used for the purpose of correcting spherical aberration that changes according to the depth of the target surface.

しかしながら、サンプルの画像を観察しながら球面収差が補正されているか否かを判断することは容易ではない。このため、補正環を用いて球面収差を補正する作業は、敬遠されがちであり、現時点においては、補正環は球面収差を補正する手段として十分に活用されているとは言い難い。   However, it is not easy to determine whether or not the spherical aberration is corrected while observing the sample image. For this reason, the work of correcting the spherical aberration using the correction ring tends to be avoided, and at present, it cannot be said that the correction ring is sufficiently utilized as a means for correcting the spherical aberration.

このような課題に関連して、顕微鏡利用者による補正環の利用を支援する技術が、例えば、特許文献1に記載されている。特許文献1には、球面収差が補正される補正環の設定値を複数のZ位置で算出し、複数のZ位置と補正環の設定値との組み合わせから、Z位置と球面収差が補正される補正環の設定値との関係を示す関数を補間により算出する技術が記載されている。特許文献1に記載されるような補正環の利用を支援する機能を顕微鏡システムが備えることで、顕微鏡利用者の補正環の利用を促すことができる。   In relation to such a problem, for example, Patent Document 1 describes a technique for supporting the use of a correction ring by a microscope user. In Patent Document 1, the setting value of the correction ring for correcting the spherical aberration is calculated at a plurality of Z positions, and the Z position and the spherical aberration are corrected from a combination of the plurality of Z positions and the setting value of the correction ring. A technique for calculating a function indicating a relationship with a setting value of a correction ring by interpolation is described. By providing the microscope system with a function for supporting the use of the correction ring as described in Patent Document 1, the microscope user can be encouraged to use the correction ring.

特開2014−160213号公報JP 2014-160213 A

しかしながら、特許文献1には、関数の算出方法について具体的な記載はほとんどない。このため、関数の算出方法によっては、特許文献1に記載の技術によって得られる関数の精度(即ち、その関数から決定されるZ位置毎の設定値により球面収差が補正される精度)に改善の余地があり得る。   However, Patent Document 1 has almost no specific description of the function calculation method. For this reason, depending on the function calculation method, the accuracy of the function obtained by the technique described in Patent Document 1 (that is, the accuracy with which the spherical aberration is corrected by the set value for each Z position determined from the function) can be improved. There can be room.

以上のような実情を踏まえ、本発明は、容易に且つ高精度に球面収差を補正するのに資する技術を提供することを目的とする。   In light of the circumstances as described above, an object of the present invention is to provide a technique that contributes to correcting spherical aberration easily and with high accuracy.

本発明の第1の態様は、対物レンズと球面収差を補正する補正装置とを備え、前記対物レンズのZ位置毎に、前記補正装置の設定値の異なる複数の状態の各々でサンプルの画像データを取得する顕微鏡装置と、前記顕微鏡装置でZ位置毎に取得した複数の画像データに基づいて、球面収差が補正される前記補正装置の設定値である当該Z位置における目標値を算出し、少なくとも3つのZ位置と前記少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、Z位置と目標値との関係を示す関数を、補間又は関数近似により算出する演算装置と、を備え、前記演算装置は、前記顕微鏡装置が画像データを取得した複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、前記2つのZ位置と前記2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出し、前記2つのZ位置毎に算出した前記Z位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、前記複数のZ範囲を決定し、前記決定した複数のZ範囲毎に、当該Z範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出する顕微鏡システムを提供する。 According to a first aspect of the present invention, there is provided an objective lens and a correction device that corrects spherical aberration, and sample image data in each of a plurality of states having different setting values of the correction device for each Z position of the objective lens. And a target value at the Z position, which is a set value of the correction device for correcting spherical aberration, based on a plurality of image data acquired for each Z position by the microscope device, and at least said three and Z position based on a combination of the target value of at least three Z positions, the function indicating the relationship between the Z position and the target value, and a calculation device for calculating by interpolation or function approximation, the calculation The apparatus includes a target value at each of the two Z positions and the two Z positions for every two adjacent Z positions of the plurality of Z positions from which the microscope apparatus has acquired image data. Based on two target values, the inclination of the target value with respect to the Z position is calculated, and based on the inclination of the target value with respect to a plurality of Z positions, which is composed of the inclination of the target value with respect to the Z position calculated for each of the two Z positions. The plurality of Z ranges are determined, and for each of the determined plurality of Z ranges, a partial function indicating a relationship between a Z position and a target value having the Z range as a domain is calculated by interpolation or function approximation. A microscope system is provided.

本発明の第の態様は、第1の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、前記対物レンズのZ位置に応じて、当該Z位置と前記演算装置で算出した関数とに基づいて算出される目標値に前記補正装置の設定値を変更する補正装置制御装置を備える顕微鏡システムを提供する。 A second aspect of the present invention, in the microscope system according to the first state-like, further, in accordance with the Z position of the objective lens, is calculated on the basis of the function calculated in with the Z position the computing device There is provided a microscope system including a correction device control device that changes a set value of the correction device to a target value.

本発明の第の態様は、第1の態様または第2の態様に記載の顕微鏡システムにおいて、前記補正装置は、前記対物レンズ内のレンズを移動させる補正環である顕微鏡システムを提供する。 According to a third aspect of the present invention, there is provided the microscope system according to the first aspect or the second aspect , wherein the correction device is a correction ring that moves a lens in the objective lens.

本発明の第の態様は、対物レンズのZ位置と球面収差が補正される補正装置の設定値の関係を示す関数を算出する方法であって、前記対物レンズと球面収差を補正する前記補正装置とを備える顕微鏡装置が、前記対物レンズのZ位置毎に、前記補正装置の設定値の異なる複数の状態の各々でサンプルの画像データを取得し、前記演算装置が、前記顕微鏡装置でZ位置毎に取得した複数の画像データに基づいて、球面収差が補正される前記補正装置の設定値である当該Z位置における目標値を算出し、少なくとも3つのZ位置と前記少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、Z位置と目標値との関係を示す関数を、補間又は関数近似により算出し、前記関数を算出することは、前記顕微鏡装置が画像データを取得した複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、前記2つのZ位置と前記2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出することと、前記2つのZ位置毎に算出した前記Z位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、前記複数のZ範囲を決定することと、前記決定した複数のZ範囲毎に、当該Z範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出すること、を含む方法を提供する。 According to a fourth aspect of the present invention, there is provided a method for calculating a function indicating a relationship between a Z position of an objective lens and a setting value of a correction device for correcting spherical aberration, the correction correcting the objective lens and spherical aberration. A microscope apparatus that acquires image data of a sample in each of a plurality of states with different setting values of the correction device for each Z position of the objective lens, and the arithmetic unit is a Z position in the microscope apparatus. Based on a plurality of pieces of image data acquired every time, a target value at the Z position, which is a setting value of the correction device for correcting spherical aberration, is calculated, and at least three Z positions and targets at the at least three Z positions are calculated. based on the combination of the values, a function indicating the relationship between the Z position and the target value is calculated by interpolation or function approximation, to calculate the function, the microscope acquires the image data For each two adjacent Z positions out of a plurality of Z positions, the inclination of the target value with respect to the Z position based on the two Z positions and the two target values consisting of the target values at each of the two Z positions. Determining the plurality of Z ranges based on slopes of target values for a plurality of Z positions, each comprising a slope of a target value for the Z positions calculated for each of the two Z positions; For each of the plurality of determined Z ranges, a method including calculating a partial function indicating a relationship between a Z position and a target value with the Z range as a domain by interpolation or function approximation is provided.

本発明の第の態様は、対物レンズと球面収差を補正する補正装置とを備えた顕微鏡装置が前記対物レンズのZ位置毎に取得したサンプルの複数の画像データであって、各々が前記補正装置の設定値の異なる状態で取得された複数の画像データに基づいて、球面収差が補正される前記補正装置の設定値である当該Z位置における目標値を算出する処理と、前記顕微鏡装置が画像データを取得した少なくとも3つのZ位置と前記少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、Z位置と目標値との関係を示す関数を、補間又は関数近似により算出する処理であって、前記顕微鏡装置が画像データを取得した複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、前記2つのZ位置と前記2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出することと、前記2つのZ位置毎に算出した前記Z位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、前記複数のZ範囲を決定することと、前記決定した複数のZ範囲毎に、当該Z範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出すること、を含む処理と、をコンピュータに実行させるプログラムを提供する。 According to a fifth aspect of the present invention, there is provided a plurality of sample image data obtained by a microscope apparatus provided with an objective lens and a correction device for correcting spherical aberration for each Z position of the objective lens, each of which is the correction Processing for calculating a target value at the Z position, which is a setting value of the correction device for correcting spherical aberration, based on a plurality of image data acquired in a state where the setting values of the device are different; A process of calculating a function indicating a relationship between a Z position and a target value by interpolation or function approximation based on a combination of at least three Z positions from which data has been acquired and target values at the at least three Z positions. For each two adjacent Z positions of the plurality of Z positions from which the microscope apparatus has acquired image data, the two Z positions and the target values at the two Z positions are used. Based on the two target values, the inclination of the target value with respect to the Z position, and the inclination of the target value with respect to the Z position calculated for each of the two Z positions, Based on the slope, determining the plurality of Z ranges and, for each of the determined plurality of Z ranges, interpolating or representing a partial function indicating a relationship between a Z position having the Z range as a domain and a target value There is provided a program that causes a computer to execute processing including calculating by function approximation .

本発明によれば、容易に且つ高精度に球面収差を補正するのに資する技術を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a technique that contributes to correcting spherical aberration easily and with high accuracy.

本発明の実施例1に係る顕微鏡システムの構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the composition of the microscope system concerning Example 1 of the present invention. 図1に例示される演算装置の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the arithmetic unit illustrated by FIG. 図1に例示される顕微鏡装置の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the microscope apparatus illustrated by FIG. 本発明の実施例1に係る顕微鏡システムで行われる関数算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the function calculation process performed with the microscope system which concerns on Example 1 of this invention. 図4に示すステップS6の処理を自動化した具体例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific example which automated the process of step S6 shown in FIG. 図5に示すステップS11の処理で算出されたZ位置に対する目標値の傾きを示した図である。It is the figure which showed the inclination of the target value with respect to the Z position calculated by the process of step S11 shown in FIG. 図5に示すステップS12の処理で決定した複数のZ範囲について例示した図である。It is the figure illustrated about the several Z range determined by the process of step S12 shown in FIG. 図5に示すステップS14の処理で算出された全関数の一例を示した図である。It is the figure which showed an example of all the functions calculated by the process of step S14 shown in FIG. 図5に示すステップS14の処理で算出された全関数の別の例を示した図である。It is the figure which showed another example of all the functions calculated by the process of step S14 shown in FIG. 図5に示すステップS14の処理で算出された全関数の更に別の例を示した図である。It is the figure which showed another example of all the functions calculated by the process of step S14 shown in FIG. 図4に示すステップS6の処理を自動化した別の具体例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows another specific example which automated the process of step S6 shown in FIG. 図4に示すステップS6の処理を半自動化した具体例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the specific example which semi-automated the process of step S6 shown in FIG. 図12に示すステップS32で受け付けるZ範囲の指定を入力する方法について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the method to input the designation | designated of the Z range received by step S32 shown in FIG. 本発明の実施例1に係る顕微鏡システムで行われる球面収差補正処理のフローチャートである。It is a flowchart of the spherical aberration correction process performed with the microscope system which concerns on Example 1 of this invention. 本発明の実施例1に係る顕微鏡システムでZ位置毎に行われる目標値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the target value calculation process performed for every Z position in the microscope system which concerns on Example 1 of this invention. 図15に示す目標値算出処理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the target value calculation process shown in FIG. 画像データの全体領域を9つの領域に分割し、領域毎に領域目標値を算出する例を示した図である。It is the figure which divided the whole field of image data into nine fields, and showed the example which computes a field target value for every field. 本発明の実施例1に係る顕微鏡システムでZ位置毎に行われる別の目標値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of another target value calculation process performed for every Z position with the microscope system which concerns on Example 1 of this invention. 画像データの全体領域を9つの領域に分割し、領域毎に領域組み合わせを算出する例を示した図である。It is the figure which divided | segmented the whole area | region of image data into nine area | regions, and showed the example which calculates an area combination for every area | region. 本発明の実施例1に係る顕微鏡システムでZ位置毎に行われる更に別の目標値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the further another target value calculation process performed for every Z position with the microscope system which concerns on Example 1 of this invention. 図20に示す目標値算出処理について説明するための図である。It is a figure for demonstrating the target value calculation process shown in FIG. 本発明の実施例1に係る顕微鏡システムでZ位置毎に行われる更に別の目標値算出処理のフローチャートである。It is a flowchart of the further another target value calculation process performed for every Z position with the microscope system which concerns on Example 1 of this invention. 図22に示す目標値算出処理のステップS79の処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process of step S79 of the target value calculation process shown in FIG. 図23に示す処理について説明するための図であり、目標値と評価値の関数を算出する方法を示す図である。It is a figure for demonstrating the process shown in FIG. 23, and is a figure which shows the method of calculating the function of a target value and an evaluation value. 図23に示す処理について説明するための図であり、目標値とZ位置の関数を算出する方法を示す図である。It is a figure for demonstrating the process shown in FIG. 23, and is a figure which shows the method of calculating the function of a target value and Z position. Z位置毎且つ補正環の設定値毎に得られる標本の画像を並べた図である。It is the figure which arranged the image of the sample obtained for every Z position and every set value of a correction ring. 本発明の実施例2に係る顕微鏡の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the microscope which concerns on Example 2 of this invention. 本発明の実施例3に係る顕微鏡の構成を例示した図である。It is the figure which illustrated the structure of the microscope which concerns on Example 3 of this invention. 画像データを加工してから評価値を算出する処理のフローチャートである。It is a flowchart of the process which calculates an evaluation value after processing image data.

図1は、本実施例に係る顕微鏡システム1の構成を例示した図である。図2は、図1に例示される演算装置20の構成を例示した図である。図3は、図1に例示される顕微鏡100の構成を例示した図である。   FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a microscope system 1 according to the present embodiment. FIG. 2 is a diagram illustrating the configuration of the arithmetic device 20 illustrated in FIG. FIG. 3 is a diagram illustrating the configuration of the microscope 100 illustrated in FIG.

図1に示す顕微鏡システム1は、顕微鏡100と、顕微鏡制御装置10と、演算装置20と、表示装置30と、演算装置20への指示を入力するための複数の入力装置(キーボード40、補正環操作装置50、Z駆動部操作装置60)を備えている。   A microscope system 1 shown in FIG. 1 includes a microscope 100, a microscope control device 10, a calculation device 20, a display device 30, and a plurality of input devices (keyboard 40, correction ring) for inputting instructions to the calculation device 20. An operation device 50 and a Z drive unit operation device 60) are provided.

顕微鏡制御装置10は、演算装置20からの指示に従って顕微鏡100の動作を制御する装置であり、顕微鏡100の各種電動部の動作を制御する制御信号を生成する。顕微鏡制御装置10は、光源の出力を制御する光源制御装置11と、ズーム倍率を制御するズーム制御装置12と、対物レンズ110のZ位置を制御するZ制御装置13と、補正環111の設定値を制御する補正環制御装置14と、を備えている。ここで、Z位置とは、サンプルSに対する対物レンズ110の光軸方向の相対位置のことである。また、補正環111の設定値とは、例えば、基準位置に対する補正環111の回転角度のことである。   The microscope control device 10 is a device that controls the operation of the microscope 100 according to an instruction from the arithmetic device 20, and generates a control signal that controls the operation of various electric parts of the microscope 100. The microscope control device 10 includes a light source control device 11 that controls the output of the light source, a zoom control device 12 that controls the zoom magnification, a Z control device 13 that controls the Z position of the objective lens 110, and a setting value of the correction ring 111. And a correction ring control device 14 for controlling. Here, the Z position is a relative position in the optical axis direction of the objective lens 110 with respect to the sample S. The set value of the correction ring 111 is, for example, the rotation angle of the correction ring 111 with respect to the reference position.

演算装置20は、各種の演算処理を行うコンピュータであり、例えば、図2に示すように、CPU(Central Processing Unit)21、メモリ22、入力I/F装置23、出力I/F装置24、記憶装置25、及び、可搬記録媒体27が挿入される可搬記録媒体駆動装置26を備え、これらがバス28によって相互に接続されている。演算装置20は、顕微鏡100の制御を顕微鏡制御装置10に指示する役割、顕微鏡100からの出力に基づいて画像データを生成する役割、及び、球面収差が補正される補正環111の設定値を算出する役割を担っている。なお、図2は、演算装置20の構成の一例であり、演算装置20はこの構成に限定されるものではない。   The arithmetic device 20 is a computer that performs various arithmetic processes. For example, as shown in FIG. 2, a CPU (Central Processing Unit) 21, a memory 22, an input I / F device 23, an output I / F device 24, and a storage A device 25 and a portable recording medium driving device 26 into which a portable recording medium 27 is inserted are provided, and these are connected to each other by a bus 28. The arithmetic unit 20 plays a role of instructing the microscope control device 10 to control the microscope 100, a role of generating image data based on an output from the microscope 100, and a setting value of the correction ring 111 for correcting the spherical aberration. Have a role to play. FIG. 2 is an example of the configuration of the arithmetic device 20, and the arithmetic device 20 is not limited to this configuration.

CPU21は、所定のプログラムを実行して演算処理等を行う。メモリ22は、例えば、RAM(Random Access Memory)であり、プログラムの実行の際に、記憶装置25または可搬記録媒体27に記憶されているプログラムまたはデータを一時的に格納する。   The CPU 21 executes a predetermined program and performs arithmetic processing and the like. The memory 22 is, for example, a RAM (Random Access Memory), and temporarily stores a program or data stored in the storage device 25 or the portable recording medium 27 when the program is executed.

入力I/F装置23は、キーボード40、補正環操作装置50、Z駆動部操作装置60、及び表示装置30からの信号を受信する手段であり、観察者による入力を受け付ける入力受付部として機能する。また、入力I/F装置23は、図3において後述する顕微鏡100のA/D変換器108からの信号も受信する。   The input I / F device 23 is a means for receiving signals from the keyboard 40, the correction ring operating device 50, the Z drive unit operating device 60, and the display device 30, and functions as an input receiving unit that receives input from the observer. . Further, the input I / F device 23 also receives a signal from an A / D converter 108 of the microscope 100 described later in FIG.

出力I/F装置24は、表示装置30及び顕微鏡制御装置10へ信号を出力する手段である。即ち、出力I/F装置24は、表示装置30の表示を制御する表示制御部として機能し、且つ、顕微鏡制御装置10に顕微鏡100の制御を指示する顕微鏡制御指示部として機能する。   The output I / F device 24 is means for outputting signals to the display device 30 and the microscope control device 10. That is, the output I / F device 24 functions as a display control unit that controls the display of the display device 30 and also functions as a microscope control instruction unit that instructs the microscope control device 10 to control the microscope 100.

記憶装置25は、例えば、ハードディスク記憶装置であり、主に各種データやプログラムの保存に用いられる。可搬記録媒体駆動装置26は、光ディスクやコンパクトフラッシュ(登録商標)等の可搬記録媒体27を収容するもので、可搬記録媒体27は、記憶装置25を補助する役割を有する。   The storage device 25 is, for example, a hard disk storage device, and is mainly used for storing various data and programs. The portable recording medium driving device 26 accommodates a portable recording medium 27 such as an optical disk or a compact flash (registered trademark), and the portable recording medium 27 has a role of assisting the storage device 25.

表示装置30は、例えば、液晶ディスプレイ装置、有機ELディスプレイ装置、CRTディスプレイ装置などである。なお、表示装置30は、タッチパネルセンサを備えてもよく、その場合、入力装置としても機能する。   The display device 30 is, for example, a liquid crystal display device, an organic EL display device, a CRT display device, or the like. The display device 30 may include a touch panel sensor, and in that case, the display device 30 also functions as an input device.

補正環操作装置50は、補正環111の設定値を指示するための入力手段である。利用者が補正環操作装置50で補正環111の設定値を指示すると、補正環制御装置14は、補正環111の設定値を指示された値に変更する。   The correction ring operating device 50 is an input means for instructing the set value of the correction ring 111. When the user instructs the setting value of the correction ring 111 with the correction ring operating device 50, the correction ring control device 14 changes the setting value of the correction ring 111 to the instructed value.

Z駆動部操作装置60は、対物レンズ110のZ位置の変更を指示するための入力手段である。利用者がZ駆動部操作装置60でZ位置の変更を指示すると、Z制御装置13は、Z駆動部109を光軸方向に移動させて対物レンズ110のZ位置を変更する。   The Z drive unit operating device 60 is an input means for instructing a change in the Z position of the objective lens 110. When the user instructs the Z drive unit operating device 60 to change the Z position, the Z control device 13 moves the Z drive unit 109 in the optical axis direction to change the Z position of the objective lens 110.

顕微鏡100は、2光子励起顕微鏡である。サンプルSは、例えば、マウスの脳などの生体試料であり、サンプルSにはカバーガラスCGが載せられている。顕微鏡100は、図3に示すように、照明光路上に、レーザー101と、走査ユニット102と、瞳投影光学系103と、ミラー104と、ダイクロイックミラー105と、対物レンズ110とを備えている。   The microscope 100 is a two-photon excitation microscope. The sample S is a biological sample such as a mouse brain, for example, and a cover glass CG is placed on the sample S. As shown in FIG. 3, the microscope 100 includes a laser 101, a scanning unit 102, a pupil projection optical system 103, a mirror 104, a dichroic mirror 105, and an objective lens 110 on the illumination optical path.

レーザー101は、例えば、超短パルスレーザーであり、近赤外域のレーザー光を発振する。レーザー101の出力は、光源制御装置11によって制御される。即ち、光源制御装置11は、サンプルに照射するレーザー光のパワーを制御するレーザー制御装置である。   The laser 101 is, for example, an ultrashort pulse laser, and oscillates near-infrared laser light. The output of the laser 101 is controlled by the light source control device 11. That is, the light source control device 11 is a laser control device that controls the power of the laser light applied to the sample.

走査ユニット102は、レーザー光でサンプルSを2次元に走査するための走査手段であり、例えば、ガルバノスキャナやレゾナンドスキャナなどを含んでいる。走査ユニット102の走査範囲が変化することでズーム倍率が変化する。走査ユニット102の走査範囲は、ズーム制御装置12によって制御される。   The scanning unit 102 is scanning means for scanning the sample S two-dimensionally with laser light, and includes, for example, a galvano scanner or a resonance scanner. The zoom magnification changes as the scanning range of the scanning unit 102 changes. The scanning range of the scanning unit 102 is controlled by the zoom control device 12.

瞳投影光学系103は、走査ユニット102を対物レンズ110の瞳位置に投影する光学系である。ダイクロイックミラー105は、励起光(レーザ光)とサンプルSからの検出光(蛍光)とを分離する光分離手段であり、波長によりレーザー光と蛍光を分離する。   The pupil projection optical system 103 is an optical system that projects the scanning unit 102 onto the pupil position of the objective lens 110. The dichroic mirror 105 is a light separating unit that separates the excitation light (laser light) and the detection light (fluorescence) from the sample S, and separates the laser light and the fluorescence according to the wavelength.

対物レンズ110は、補正環111を備えた乾燥系又は液浸系の対物レンズであり、Z駆動部109に装着されている。Z駆動部109は、対物レンズ110を対物レンズ110の光軸方向に移動させる手段であり、Z駆動部109の移動(即ち、対物レンズ110の移動)は、Z制御装置13によって制御される。   The objective lens 110 is a dry or immersion objective lens including a correction ring 111 and is attached to the Z drive unit 109. The Z drive unit 109 is means for moving the objective lens 110 in the optical axis direction of the objective lens 110, and the movement of the Z drive unit 109 (that is, movement of the objective lens 110) is controlled by the Z control device 13.

補正環111は、その設定値を変更することにより対物レンズ110内のレンズを移動させて球面収差を補正する補正装置である。補正環111の設定値は、補正環制御装置14(補正装置制御装置)によって変更される。なお、補正環111の設定値は、補正環111を直接操作することで、手動で変更することもできる。   The correction ring 111 is a correction device that corrects spherical aberration by moving the lens in the objective lens 110 by changing the set value. The set value of the correction ring 111 is changed by the correction ring control device 14 (correction device control device). Note that the setting value of the correction ring 111 can be changed manually by directly operating the correction ring 111.

顕微鏡100は、さらに、検出光路(ダイクロイックミラー105の反射光路)上に、瞳投影光学系106と、光検出器107とを備えている。光検出器107から出力された信号は、A/D変換器108に出力される。   The microscope 100 further includes a pupil projection optical system 106 and a photodetector 107 on the detection optical path (the reflection optical path of the dichroic mirror 105). The signal output from the photodetector 107 is output to the A / D converter 108.

瞳投影光学系106は、対物レンズ110の瞳を光検出器107に投影する光学系である。光検出器107は、例えば、光電子増倍管(PMT)であり、入射した蛍光の光量に応じたアナログ信号を出力する。A/D変換器108は、光検出器107からのアナログ信号をデジタル信号(輝度信号)に変換して、演算装置20に出力する。   The pupil projection optical system 106 is an optical system that projects the pupil of the objective lens 110 onto the photodetector 107. The photodetector 107 is, for example, a photomultiplier tube (PMT), and outputs an analog signal corresponding to the amount of incident fluorescence. The A / D converter 108 converts the analog signal from the photodetector 107 into a digital signal (luminance signal) and outputs the digital signal to the arithmetic unit 20.

以上のように構成された顕微鏡システム1では、顕微鏡100は、走査ユニット102を用いてレーザー光でサンプルSを走査して、サンプルSの各位置からの蛍光を光検出器107で検出する。そして、演算装置20は、光検出器107からの信号を変換したデジタル信号(輝度信号)と走査ユニット102の走査情報とに基づいて、画像データを生成する。即ち、顕微鏡システム1では、顕微鏡100と演算装置20により構成される顕微鏡装置が、サンプルSの画像データを取得する。   In the microscope system 1 configured as described above, the microscope 100 scans the sample S with a laser beam using the scanning unit 102, and detects fluorescence from each position of the sample S with the photodetector 107. Then, the arithmetic unit 20 generates image data based on the digital signal (luminance signal) obtained by converting the signal from the photodetector 107 and the scanning information of the scanning unit 102. That is, in the microscope system 1, the microscope apparatus configured by the microscope 100 and the arithmetic device 20 acquires the image data of the sample S.

図4は、顕微鏡システム1で行われる関数算出処理のフローチャートである。以下、図4を参照しながら、Z位置と球面収差が補正される補正環の設定値(目標値)との関係を示す関数を算出する処理である関数算出処理について説明する。   FIG. 4 is a flowchart of a function calculation process performed in the microscope system 1. Hereinafter, a function calculation process that is a process for calculating a function indicating a relationship between the Z position and the setting value (target value) of the correction ring for correcting the spherical aberration will be described with reference to FIG.

顕微鏡システム1は、まず、複数のZ位置を決定する(ステップS1)。ここでは、演算装置20が、利用者がキーボード40等を用いて入力した情報に基づいて、上記の関数を算出するために画像データを取得すべき複数のZ位置を決定する。例えば、利用者が画像データを取得すべきZ範囲とZ間隔を入力し、演算装置20がZ範囲とZ間隔から複数のZ位置を決定する。決定した複数のZ位置は記憶装置25に記憶される。なお、Z範囲とは、Z位置の範囲のことである。   The microscope system 1 first determines a plurality of Z positions (step S1). Here, the computing device 20 determines a plurality of Z positions from which image data should be acquired in order to calculate the above function, based on information input by the user using the keyboard 40 or the like. For example, the user inputs the Z range and the Z interval from which image data is to be acquired, and the arithmetic unit 20 determines a plurality of Z positions from the Z range and the Z interval. The determined plurality of Z positions are stored in the storage device 25. The Z range is a range of the Z position.

次に、顕微鏡システム1は、Z位置を初期位置に変更する(ステップS2)。ここでは、演算装置20の指示に従って、Z制御装置13がZ駆動部109を光軸方向に移動させて、対物レンズ110のZ位置をステップS1で決定した複数のZ位置のうちの一つである初期位置に変更する。これにより、後に画像データが取得されるサンプルSの観察対象面が確定する。   Next, the microscope system 1 changes the Z position to the initial position (step S2). Here, in accordance with an instruction from the arithmetic unit 20, the Z control unit 13 moves the Z driving unit 109 in the optical axis direction, and the Z position of the objective lens 110 is one of the plurality of Z positions determined in step S1. Change to some initial position. Thereby, the observation target surface of the sample S from which image data is acquired later is determined.

Z位置が変更されると、顕微鏡システム1は、観察対象面における球面収差が補正される補正環111の設定値(以降、目標値と記す)を算出する(ステップS3)。ここでは、顕微鏡装置が現在のZ位置で取得した複数の画像データに基づいて、演算装置20がそのZ位置における目標値を算出する。なお、目標値を算出する処理については、図15から図26を参照しながら、後に詳述する。   When the Z position is changed, the microscope system 1 calculates a set value (hereinafter referred to as a target value) of the correction ring 111 for correcting the spherical aberration on the observation target surface (step S3). Here, based on a plurality of image data acquired by the microscope apparatus at the current Z position, the arithmetic unit 20 calculates a target value at the Z position. The processing for calculating the target value will be described in detail later with reference to FIGS.

顕微鏡システム1は、目標値が算出されると、ステップS1で決定した複数のZ位置のすべてで目標値が算出済みか否かを判断する(ステップS4)。すべてのZ位置で目標値が算出されていない場合には、顕微鏡システム1は、対物レンズ110のZ位置をステップS1で決定した複数のZ位置のうちの目標値が算出されていないZ位置に変更し(ステップS5)、その新たなZ位置で目標値を算出する(ステップS3)。これを繰り返すことにより、Z位置毎に取得した複数の画像データに基づいて、複数のZ位置における複数の目標値が算出される。   When the target value is calculated, the microscope system 1 determines whether the target value has been calculated at all of the plurality of Z positions determined in step S1 (step S4). When the target value is not calculated at all the Z positions, the microscope system 1 sets the Z position of the objective lens 110 to the Z position where the target value is not calculated among the plurality of Z positions determined in step S1. The target value is calculated at the new Z position (step S3). By repeating this, a plurality of target values at a plurality of Z positions are calculated based on a plurality of image data acquired for each Z position.

すべてのZ位置で目標値が算出されている場合には、顕微鏡システム1は、Z位置と目標値との関係を示す関数を算出し(ステップS6)、関数算出処理を終了する。ここでは、演算装置20が、少なくとも3つのZ位置と少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、補間又は関数近似によりその関数を算出する。算出した関数は、記憶装置25に記憶される。なお、補間には、ラグランジュ補間、スプライン補間などの任意の補間法が採用され得る。関数近似にも、最小二乗法などの任意の近似法が採用され得る。また、ステップS6で算出される関数は、既に取得した情報を基にして演算装置20が自動的に算出してもよく、又は、利用者がさらに情報を入力した上で演算装置20が算出する、即ち、演算装置20が半自動的に算出してもよい。ステップS6の処理の具体例については、後述する。   When the target values are calculated at all the Z positions, the microscope system 1 calculates a function indicating the relationship between the Z positions and the target values (step S6), and ends the function calculation process. Here, the arithmetic unit 20 calculates the function by interpolation or function approximation based on a combination of at least three Z positions and target values at the at least three Z positions. The calculated function is stored in the storage device 25. For the interpolation, any interpolation method such as Lagrangian interpolation or spline interpolation may be employed. Arbitrary approximation methods such as the least square method can be adopted for the function approximation. The function calculated in step S6 may be automatically calculated by the calculation device 20 based on the already acquired information, or calculated by the user after further input of information by the user. That is, the arithmetic unit 20 may calculate semi-automatically. A specific example of the process in step S6 will be described later.

顕微鏡システム1は、図4に示す処理を実行することで、Z位置と目標値との関係を示す関数を容易に算出することができる。また、関数は補間又は関数近似により算出されるため、比較的少ない数のZ位置と目標値の組み合わせから関数を算出することができる。このため、画像データを取得する回数を少なく抑えることが可能であり、その結果、サンプルSへのダメージを抑えながら、短時間での関数の算出が可能となる。さらに、少なくとも3つのZ位置と少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて関数が算出されるため、サンプルSが深さによって屈折率が大きく異なる構造を有している場合であっても、その屈折率の変化に伴う目標値の変化を捉えた関数を算出し得る。この点について、以下で更に詳細に説明する。   The microscope system 1 can easily calculate a function indicating the relationship between the Z position and the target value by executing the processing shown in FIG. Since the function is calculated by interpolation or function approximation, the function can be calculated from a relatively small number of combinations of Z positions and target values. For this reason, it is possible to reduce the number of times image data is acquired, and as a result, it is possible to calculate the function in a short time while suppressing damage to the sample S. Furthermore, since the function is calculated based on a combination of at least three Z positions and target values at at least three Z positions, the sample S has a structure in which the refractive index differs greatly depending on the depth. Also, it is possible to calculate a function that captures the change in the target value accompanying the change in the refractive index. This point will be described in more detail below.

図5は、図4に示すステップS6の処理を自動化した具体例を示すフローチャートである。図6は、図5に示すステップS11の処理で算出されたZ位置に対する目標値の傾きを示した図である。図7は、図5に示すステップS12の処理で決定した複数のZ範囲について例示した図である。図8から図10は、それぞれ、図5に示すステップS14の処理で算出された全関数の一例を示した図である。   FIG. 5 is a flowchart showing a specific example in which the process of step S6 shown in FIG. 4 is automated. FIG. 6 is a diagram showing the inclination of the target value with respect to the Z position calculated in the process of step S11 shown in FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating a plurality of Z ranges determined in the process of step S12 shown in FIG. 8 to 10 are diagrams showing examples of all functions calculated in the process of step S14 shown in FIG.

顕微鏡システム1は、ステップS3で目標値が算出された複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、Z位置に対する目標値の傾きを算出する(ステップS11)。ここでは、演算装置20は、複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、2つのZ位置と2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出する。図6は、ステップS11で算出した傾きを図示した図である。横軸は、球面収差が補正される補正環111の設定値(即ち、目標値)を示している。縦軸は、観察対象面の深さを示していて、対物レンズ110のZ位置と1対1で対応している。なお、傾きは、2つのZ位置間におけるサンプルの屈折率に依存し、対物レンズ110の設計において基準とした屈折率(以降、基準屈折率と記す。)に対してサンプルの屈折率が大きいほど、その絶対値は大きくなる。これは、基準屈折率とサンプルの屈折率の差異が大きいほどより大きな球面収差が発生するためである。   The microscope system 1 calculates the inclination of the target value with respect to the Z position for every two adjacent Z positions of the plurality of Z positions whose target values have been calculated in step S3 (step S11). Here, the arithmetic unit 20 calculates, based on two target values including two Z positions and target values at each of the two Z positions, for every two adjacent Z positions of the plurality of Z positions. The inclination of the target value with respect to the position is calculated. FIG. 6 is a diagram illustrating the inclination calculated in step S11. The horizontal axis represents the set value (that is, target value) of the correction ring 111 for correcting the spherical aberration. The vertical axis indicates the depth of the observation target surface, and corresponds to the Z position of the objective lens 110 on a one-to-one basis. The tilt depends on the refractive index of the sample between the two Z positions, and the larger the refractive index of the sample relative to the refractive index used as a reference in designing the objective lens 110 (hereinafter referred to as the reference refractive index). The absolute value becomes large. This is because larger spherical aberration occurs as the difference between the reference refractive index and the refractive index of the sample increases.

次に、顕微鏡システム1は、複数のZ範囲を決定する(ステップS12)。ここでは、演算装置20は、ステップS11において、2つのZ位置毎に算出したZ位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、複数のZ範囲を決定する。より詳細には、傾きの変化に着目する。例えば、傾きの変化がある閾値以上であるZ位置を特定し、特定したZ位置が境界に位置するようにZ範囲を決定してもよい。傾きの変化が小さい領域(Z範囲)では、サンプルの屈折率はほぼ一定であると考えられる。一方、傾きの変化が大きい領域(Z範囲)では、サンプルの屈折率が大きく変化していると考えられる。傾きの変化が大きいZ位置を境界にしてZ範囲を決定することで、屈折率の変化が少なくおよそ均質な領域毎にZ範囲を決定することができる。図7では、傾きの変化が大きなZ位置として、観察対象面の深さ100μmに対応するZ位置(以降、Z100と記す。)と観察対象面の深さ500μmに対応するZ位置(以降、Z500と記す。)を特定し、3つのZ範囲(第1のZ範囲、第2のZ範囲、第3のZ範囲)を決定した例が示されている。   Next, the microscope system 1 determines a plurality of Z ranges (step S12). Here, in step S11, the arithmetic unit 20 determines a plurality of Z ranges based on the inclinations of the target values with respect to a plurality of Z positions, which are composed of inclinations of the target values with respect to the Z positions calculated for every two Z positions. . More specifically, attention is paid to a change in inclination. For example, the Z range in which the change in inclination is equal to or greater than a certain threshold value may be specified, and the Z range may be determined so that the specified Z position is located at the boundary. In the region where the change in inclination is small (Z range), the refractive index of the sample is considered to be substantially constant. On the other hand, it is considered that the refractive index of the sample changes greatly in the region where the change in inclination is large (Z range). By determining the Z range with the Z position having a large change in inclination as a boundary, the Z range can be determined for each homogeneous region with little change in refractive index. In FIG. 7, the Z position corresponding to the depth of the observation target surface of 100 μm (hereinafter referred to as Z100) and the Z position corresponding to the depth of the observation target surface of 500 μm (hereinafter referred to as Z500) as the Z position having a large change in inclination. In this example, three Z ranges (first Z range, second Z range, and third Z range) are determined.

複数のZ範囲が決定されると、顕微鏡システム1は、Z範囲毎に部分関数を算出する(ステップS13)。ここでは、演算装置20は、ステップS12で決定した複数のZ範囲毎に、そのZ範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出する。図8には、Z100における目標値とZ500における目標値を線形補間して、第2のZ範囲を定義域とする部分関数を算出した例が示されている。図9には、最小二乗法により第2のZ範囲を定義域とする部分関数を算出した例が示されている。図10には、二次関数の関数近似により第2のZ範囲を定義域とする部分関数を算出した例が示されている。なお、図8から図10のいずれも、第1のZ範囲と第3のZ範囲については、線形補間により部分関数を算出した例が示されている。
最後に、顕微鏡システム1は、部分関数の集合からなる全関数を算出し(ステップS14)、図5の処理を終了する。
When a plurality of Z ranges are determined, the microscope system 1 calculates a partial function for each Z range (step S13). Here, the arithmetic unit 20 calculates, for each of a plurality of Z ranges determined in step S12, a partial function indicating the relationship between the Z position and the target value with the Z range as a domain by interpolation or function approximation. FIG. 8 shows an example in which a partial function having a second Z range as a domain is calculated by linearly interpolating a target value in Z100 and a target value in Z500. FIG. 9 shows an example in which a partial function having the second Z range as a domain is calculated by the least square method. FIG. 10 shows an example in which a partial function having the second Z range as a domain is calculated by function approximation of a quadratic function. 8 to 10 show examples in which partial functions are calculated by linear interpolation for the first Z range and the third Z range.
Finally, the microscope system 1 calculates all functions including a set of partial functions (step S14), and ends the process of FIG.

顕微鏡システム1は、図4及び図5に示す処理を実行することで、Z位置と目標値との関係を示す関数を自動的に算出することができる。また、屈折率の変化が少なくおよそ均質な領域毎にZ範囲を決定して、Z範囲毎に算出した部分関数から全関数を算出する。このため、サンプルSが深さによって屈折率が大きく異なる構造を有している場合であっても、高精度に球面収差を補正する関数を算出することができる。これは、屈折率が異なる層が積層された構造を有する脳などのサンプルを対象とする場合に、特に好適である。顕微鏡システム1によれば、高精度に球面収差を補正する関数を容易に算出することができる。   The microscope system 1 can automatically calculate a function indicating the relationship between the Z position and the target value by executing the processing shown in FIGS. 4 and 5. Further, the Z range is determined for each region that is substantially uniform with little change in refractive index, and the entire function is calculated from the partial functions calculated for each Z range. For this reason, even when the sample S has a structure in which the refractive index is greatly different depending on the depth, a function for correcting the spherical aberration can be calculated with high accuracy. This is particularly suitable when a sample such as a brain having a structure in which layers having different refractive indexes are stacked is targeted. According to the microscope system 1, a function for correcting spherical aberration with high accuracy can be easily calculated.

図11は、図4に示すステップS6の処理を自動化した別の具体例を示すフローチャートである。顕微鏡システム1は、図5に示す処理の代わりに、図11に示す処理を実行してもよい。   FIG. 11 is a flowchart showing another specific example in which the process of step S6 shown in FIG. 4 is automated. The microscope system 1 may execute the process shown in FIG. 11 instead of the process shown in FIG.

顕微鏡システム1は、まず、ステップS3で目標値が算出された複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、線形補間により部分関数を算出する(ステップS21)。ここでは、演算装置20は、複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置と、その2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、その2つのZ位置を両端としたZ範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、線形補間により算出する。この処理は、隣り合う2つのZ位置毎に行われる。   First, the microscope system 1 calculates a partial function by linear interpolation for every two adjacent Z positions of the plurality of Z positions whose target values have been calculated in step S3 (step S21). Here, the arithmetic unit 20 calculates the two Z positions based on two adjacent Z positions of the plurality of Z positions and two target values composed of target values in each of the two Z positions. A partial function indicating the relationship between the Z position and the target value with the Z range defined at both ends as a domain is calculated by linear interpolation. This process is performed for every two adjacent Z positions.

その後、顕微鏡システム1は、部分関数の集合からなる全関数を算出し(ステップS22)、図11の処理を終了する。図6には、図11の処理により算出されたZ位置と目標値との関係を示す関数が示されている。   Thereafter, the microscope system 1 calculates all functions including a set of partial functions (step S22), and ends the process of FIG. FIG. 6 shows a function indicating the relationship between the Z position calculated by the processing of FIG. 11 and the target value.

図11の処理は、図5の処理において、隣り合う2つのZ位置間をそれぞれZ範囲と決定した場合に相当する。従って、顕微鏡システム1は、図4及び図11に示す処理を実行することによっても、図4及び図5に示す処理を実行した場合と同様の効果を得ることができる。   The process of FIG. 11 corresponds to the case where the area between two adjacent Z positions is determined as the Z range in the process of FIG. Therefore, the microscope system 1 can obtain the same effect as the case where the processing shown in FIGS. 4 and 5 is executed by executing the processing shown in FIGS.

図12は、図4に示すステップS6の処理を半自動化した具体例を示すフローチャートである。図13は、図12に示すステップS32で受け付けるZ範囲の指定を入力する方法について説明するための図である。顕微鏡システム1は、図5に示す処理の代わりに、図12に示す処理を実行してもよい。   FIG. 12 is a flowchart showing a specific example in which the process of step S6 shown in FIG. 4 is semi-automated. FIG. 13 is a diagram for explaining a method for inputting the designation of the Z range received in step S32 shown in FIG. The microscope system 1 may execute the process shown in FIG. 12 instead of the process shown in FIG.

顕微鏡システム1は、まず、ステップS3で目標値が算出された複数のZ位置と複数の目標値を表示装置30に表示させる(ステップS31)。ここでは、演算装置20(出力I/F装置24)が、複数のZ位置と、複数のZ位置の各々における目標値からなる複数の目標値と、を表示装置30に表示させる。図13には、Z位置と目標値の組み合わせを示す点をプロットすることで、複数のZ位置と複数の目標値を表示する例が示されている。なお、表示方法は、図13の例に限られず、例えば、表形式で各数値が表示されてもよい。   First, the microscope system 1 causes the display device 30 to display the plurality of Z positions and the plurality of target values whose target values are calculated in Step S3 (Step S31). Here, the computing device 20 (output I / F device 24) causes the display device 30 to display a plurality of Z positions and a plurality of target values made up of target values at each of the plurality of Z positions. FIG. 13 shows an example in which a plurality of Z positions and a plurality of target values are displayed by plotting points indicating combinations of Z positions and target values. Note that the display method is not limited to the example of FIG. 13, and each numerical value may be displayed in a table format, for example.

次に、顕微鏡システム1は、複数のZ範囲の指定を受け付ける(ステップS32)。ここでは、例えば、ステップS31で表示装置30に表示された情報を確認した利用者が、キーボード40等を用いて複数のZ範囲を指定する。図13には、複数のZ位置と複数の目標値が表示された画面上でZ範囲を指定する様子が例示されている。複数のZ範囲が指定されると、演算装置20は指定されたZ範囲に関する情報を受信する。   Next, the microscope system 1 accepts designation of a plurality of Z ranges (step S32). Here, for example, a user who has confirmed the information displayed on the display device 30 in step S31 designates a plurality of Z ranges using the keyboard 40 or the like. FIG. 13 illustrates a state in which a Z range is designated on a screen on which a plurality of Z positions and a plurality of target values are displayed. When a plurality of Z ranges are specified, the arithmetic unit 20 receives information regarding the specified Z ranges.

その後、顕微鏡システム1は、Z範囲毎に、部分関数を算出する(ステップS33)。ここでは、表示装置30が複数のZ位置と複数の目標値を表示した後にステップS32で指定されたZ範囲毎に、演算装置20が、そのZ範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出する。
最後に、顕微鏡システム1は、ステップS33で算出した部分関数の集合からなる全関数を算出し(ステップS34)、図12の処理を終了する。
Thereafter, the microscope system 1 calculates a partial function for each Z range (step S33). Here, for each Z range designated in step S32 after the display device 30 displays a plurality of Z positions and a plurality of target values, the computing device 20 uses the Z position and the target value with the Z range as a domain. Is calculated by interpolation or function approximation.
Finally, the microscope system 1 calculates all the functions including the set of partial functions calculated in step S33 (step S34), and ends the process of FIG.

顕微鏡システム1は、図4及び図12に示す処理を実行することで、演算装置20による機械的な判断が困難な場合であっても、利用者が表示装置30に表示される情報を見ながら、屈折率の変化が少なくおよそ均質な領域をZ範囲として指定することができる。このため、顕微鏡システム1によれば、高精度に球面収差を補正する関数を容易に算出することができる。   The microscope system 1 executes the processes shown in FIGS. 4 and 12, so that even if it is difficult for the arithmetic device 20 to make a mechanical judgment, the user can see the information displayed on the display device 30. An almost homogeneous region with little change in refractive index can be designated as the Z range. Therefore, according to the microscope system 1, it is possible to easily calculate a function for correcting spherical aberration with high accuracy.

図14は、本実施例に係る顕微鏡システム1で行われる球面収差補正処理のフローチャートである。以下、図14を参照しながら、顕微鏡システム1において補正環111を利用して行われる球面収差を補正する処理について説明する。なお、図14に示す球面収差補正処理は、例えば、観察開始直前に行われる。   FIG. 14 is a flowchart of spherical aberration correction processing performed in the microscope system 1 according to the present embodiment. Hereinafter, with reference to FIG. 14, processing for correcting spherical aberration performed using the correction ring 111 in the microscope system 1 will be described. Note that the spherical aberration correction processing shown in FIG. 14 is performed immediately before the start of observation, for example.

顕微鏡システム1は、まず、Z位置の指定を受け付ける(ステップS41)。ここでは、例えば、利用者が観察対象面を決定するためにZ駆動部操作装置60を操作してZ位置を指定する。これにより、演算装置20がZ駆動部操作装置60から指定されたZ位置に関する情報を受信する。さらに、Z制御装置13がZ駆動部109を制御して対物レンズ110のZ位置を指定されたZ位置に変化させる。その結果、サンプルSの観察対象面が確定する。   First, the microscope system 1 accepts designation of the Z position (step S41). Here, for example, the user designates the Z position by operating the Z drive unit operation device 60 in order to determine the observation target surface. Thereby, the arithmetic unit 20 receives the information regarding the Z position designated from the Z drive unit operating device 60. Further, the Z control device 13 controls the Z drive unit 109 to change the Z position of the objective lens 110 to the designated Z position. As a result, the observation target surface of the sample S is determined.

次に、顕微鏡システム1は、ステップS41で指定されたZ位置と図4に示す関数算出処理で算出された関数とに基づいて、目標値を算出する(ステップS42)。ここでは、演算装置20が、ステップS41で指定されたZ位置(現在のZ位置)と図4に示す関数算出処理で算出された関数に基づいて、現在のZ位置における目標値を算出する。   Next, the microscope system 1 calculates a target value based on the Z position designated in step S41 and the function calculated in the function calculation process shown in FIG. 4 (step S42). Here, the arithmetic unit 20 calculates the target value at the current Z position based on the Z position (current Z position) designated in step S41 and the function calculated by the function calculation process shown in FIG.

顕微鏡システム1は、目標値が算出されると、補正環111の設定値を目標値に設定する(ステップS43)。ここでは、補正環制御装置14が補正環111の設定値をステップS42で算出された目標値に変更する。なお、補正環制御装置14は、自動的に、即ち、演算装置20からの指示に従って、ステップS42で算出した目標値に補正環111の設定値を変更してもよい。また、手動により、即ち、ステップS42で算出された目標値が表示装置30に表示され、表示された目標値に基づいて利用者が補正環操作装置50を操作することにより、補正環制御装置14が補正環111の設定値を目標値に変更してもよい。また、利用者が補正環111を直接操作して補正環111の設定値を目標値に変更してもよい。   When the target value is calculated, the microscope system 1 sets the set value of the correction ring 111 as the target value (step S43). Here, the correction ring control device 14 changes the set value of the correction ring 111 to the target value calculated in step S42. The correction ring control device 14 may change the set value of the correction ring 111 to the target value calculated in step S42 automatically, that is, in accordance with an instruction from the arithmetic device 20. In addition, the target value calculated in step S42 is displayed on the display device 30 manually, and the correction ring control device 14 is operated by the user operating the correction ring operation device 50 based on the displayed target value. However, the set value of the correction ring 111 may be changed to the target value. The user may directly operate the correction ring 111 to change the set value of the correction ring 111 to the target value.

最後に、顕微鏡システム1は、レーザー101の出力を設定する(ステップS44)。ここでは、光源制御装置11が、補正環111の設定値が目標値であるときに顕微鏡装置で取得された画像データに基づいて、サンプルSに照射するレーザー光のパワーを制御する。例えば、ステップS43で補正環111の設定値を変更した後に画像データを取得して、その画像データから算出される画像の明るさに基づいてレーザー101の出力を設定する。   Finally, the microscope system 1 sets the output of the laser 101 (step S44). Here, the light source control device 11 controls the power of the laser light applied to the sample S based on the image data acquired by the microscope device when the set value of the correction ring 111 is the target value. For example, the image data is acquired after changing the set value of the correction ring 111 in step S43, and the output of the laser 101 is set based on the brightness of the image calculated from the image data.

顕微鏡システム1は、図14に示す球面収差補正処理を実行することで、観察対象面の深さに応じて変化する球面収差を容易に補正することができる。これにより、顕微鏡100が有する光学性能を十分に発揮して、高品質な画像を得ることができる。また、顕微鏡システム1は、Z位置と関数に基づいて簡単な計算で現在のZ位置における目標値を算出することができる。このため、観察深さを頻繁に変更しながらサンプルSを観察する場合であっても、短時間で補正環111の設定値を深さに応じた目標値に変更することができる。補正環111の調整作業を自動化することができるため、他の自動化処理、例えば、複数のZ位置で画像データを取得して三次元画像やエクステンドフォーカス画像を自動的に生成する処理などにも、容易に組み込むことができる。さらに、球面収差が補正された状態では、一般に、球面収差が補正されていない状態に比べて明るい画像が得られる。このため、球面収差が補正された状態で取得された画像データに基づいてレーザー101の出力を設定することで、レーザー101の出力を抑えて、生体試料へのダメージを抑制することができる。   The microscope system 1 can easily correct the spherical aberration that changes according to the depth of the observation target surface by executing the spherical aberration correction processing shown in FIG. Thereby, the optical performance of the microscope 100 can be fully exhibited, and a high-quality image can be obtained. Further, the microscope system 1 can calculate the target value at the current Z position by simple calculation based on the Z position and the function. For this reason, even when the sample S is observed while frequently changing the observation depth, the set value of the correction ring 111 can be changed to the target value corresponding to the depth in a short time. Since the adjustment work of the correction ring 111 can be automated, other automated processes, for example, a process of acquiring image data at a plurality of Z positions and automatically generating a three-dimensional image or an extended focus image, etc. Can be easily incorporated. Furthermore, in a state where the spherical aberration is corrected, a bright image is generally obtained as compared with a state where the spherical aberration is not corrected. For this reason, by setting the output of the laser 101 based on the image data acquired in a state where the spherical aberration is corrected, the output of the laser 101 can be suppressed and damage to the biological sample can be suppressed.

以下、図4に示す関数算出処理のステップS3で行われる目標値算出処理について、具体的に説明する。図15は、顕微鏡システム1でZ位置毎に行われる目標値算出処理のフローチャートである。図16は、図15に示す目標値算出処理について説明するための図である。   Hereinafter, the target value calculation process performed in step S3 of the function calculation process shown in FIG. 4 will be specifically described. FIG. 15 is a flowchart of target value calculation processing performed for each Z position in the microscope system 1. FIG. 16 is a diagram for explaining the target value calculation processing shown in FIG.

顕微鏡システム1は、まず、補正環111の複数の設定値を決定する(ステップS51)。ここでは、顕微鏡装置でサンプルの画像データを取得する際の補正環111の設定値を演算装置20が複数個決定する。例えば、図16(a)に示すように、演算装置20は、補正環111が回転可能な範囲(動作可能範囲)自体又はそれより少しだけ狭い範囲を探索範囲に決定し、探索範囲を均等に分割する予め決められた数(ここでは10)の設定値(補正環位置)を、複数の設定値として決定する。なお、図16(a)では、θ1からθ10までの10個の設定値(補正環位置)が決定される例が示されている。   First, the microscope system 1 determines a plurality of set values of the correction ring 111 (step S51). Here, the arithmetic unit 20 determines a plurality of setting values of the correction ring 111 when the sample image data is acquired by the microscope apparatus. For example, as shown in FIG. 16A, the arithmetic unit 20 determines a range (operable range) in which the correction ring 111 can rotate itself or a range slightly narrower as the search range, and equalizes the search range. A predetermined number (here, 10) of set values (correction ring positions) to be divided are determined as a plurality of set values. FIG. 16A shows an example in which ten set values (correction ring positions) from θ1 to θ10 are determined.

次に、顕微鏡システム1は、補正環111の設定値をステップS51で決定した設定値に変更する(ステップS52)。ここでは、補正環制御装置14が演算装置20からの指示に従ってステップS51で決定した複数の設定値のいずれかに設定する。例えば、補正環制御装置14は、補正環111の設定値をステップS51で決定したθ1に変更する。   Next, the microscope system 1 changes the setting value of the correction ring 111 to the setting value determined in step S51 (step S52). Here, the correction ring control device 14 sets one of a plurality of set values determined in step S51 in accordance with an instruction from the arithmetic device 20. For example, the correction ring control device 14 changes the set value of the correction ring 111 to θ1 determined in step S51.

補正環111の設定値が変更されると、顕微鏡システム1は、サンプルSの画像データを取得する(ステップS53)。ここでは、顕微鏡装置が演算装置20からの指示に従って画像データを取得する。例えば、顕微鏡装置は、補正環111の設定値がθ1の状態で画像データを取得する。   When the set value of the correction ring 111 is changed, the microscope system 1 acquires the image data of the sample S (step S53). Here, the microscope apparatus acquires image data in accordance with an instruction from the arithmetic unit 20. For example, the microscope apparatus acquires image data in a state where the setting value of the correction ring 111 is θ1.

その後、顕微鏡システム1は、ステップS51で決定したすべての設定値で画像データを取得したか否かを判断し(ステップS54)、すべての設定値で画像データを取得していない場合には、ステップS52からステップS54の処理を繰り返す。これにより、顕微鏡装置は、補正環111の設定値が異なる複数の状態の各々で、サンプルSの観察対象面の画像データを取得し、その結果、複数の画像データを取得する。   Thereafter, the microscope system 1 determines whether or not the image data has been acquired with all the setting values determined in step S51 (step S54). If the image data has not been acquired with all the setting values, step S51 is performed. The process from S52 to step S54 is repeated. Thereby, the microscope apparatus acquires image data of the observation target surface of the sample S in each of a plurality of states with different setting values of the correction ring 111, and as a result, acquires a plurality of image data.

すべての設定値で画像データが取得されると、顕微鏡システム1は、ステップS53で取得した複数の画像データの各々の評価値を算出する(ステップS55)。ここでは、演算装置20が、複数の画像データの各々に基づいて球面収差が補正されているほど大きな値を示すその画像データの評価値を算出して、その結果、複数の画像データの複数の評価値を算出する。一般に、球面収差が補正された画像データほど高いコントラストを有していることから、評価値としては、例えば、画像データに対してコントラスト評価法を用いて算出されるコントラスト値が用いられる。図16(a)には、ステップS53で取得した複数の画像データの評価値が示されている。なお、図16(a)では、画像データは補正環位置(補正環111の設定値)によって特定され、その画像データの評価値がコントラスト値として示されている。   When the image data is acquired with all the set values, the microscope system 1 calculates each evaluation value of the plurality of image data acquired in step S53 (step S55). Here, the arithmetic unit 20 calculates an evaluation value of the image data that indicates a larger value as the spherical aberration is corrected based on each of the plurality of image data, and as a result, a plurality of the plurality of image data An evaluation value is calculated. In general, since image data with corrected spherical aberration has a higher contrast, for example, a contrast value calculated using a contrast evaluation method for image data is used as the evaluation value. FIG. 16A shows the evaluation values of a plurality of image data acquired in step S53. In FIG. 16A, the image data is specified by the correction ring position (set value of the correction ring 111), and the evaluation value of the image data is shown as the contrast value.

コントラスト評価法によるコントラスト値は、画像データを構成するピクセル間の輝度値の差分に基づいて算出される。具体的には、例えば、下式により、x方向にnピクセル分ずれた位置にある2つのピクセルの輝度値の差分の2乗を画像データ全体で積分した値が、コントラスト値として算出される。
The contrast value according to the contrast evaluation method is calculated based on the difference in luminance value between pixels constituting the image data. Specifically, for example, according to the following formula, a value obtained by integrating the square of the difference between the luminance values of two pixels located at positions shifted by n pixels in the x direction over the entire image data is calculated as the contrast value.

ここで、xは画像データを構成するピクセルの列を特定する変数であり、yは画像データを構成するピクセルの行を特定する変数である。Wは画像データを構成するピクセルのx方向の数(即ち、列数)であり、Hは画像データを構成するピクセルのy方向の数(即ち、行数)である。fはピクセルの輝度値であり、nは整数(例えば、5など)である。   Here, x is a variable that identifies a column of pixels that constitutes image data, and y is a variable that identifies a row of pixels that constitute image data. W is the number of pixels constituting the image data in the x direction (ie, the number of columns), and H is the number of pixels constituting the image data in the y direction (ie, the number of rows). f is a luminance value of the pixel, and n is an integer (for example, 5).

評価値が算出されると、顕微鏡システム1は、所定の条件を満たしているか否かを判断する(ステップS56)。所定の条件としては、例えば、ステップS52からステップS56までの処理の繰り返し回数が所定回数に達しているか否かであってもよく、複数の設定値の平均間隔が所定値以下であるか否かであってもよい。   When the evaluation value is calculated, the microscope system 1 determines whether or not a predetermined condition is satisfied (step S56). The predetermined condition may be, for example, whether or not the number of repetitions of the processing from step S52 to step S56 has reached a predetermined number, and whether or not the average interval of a plurality of set values is equal to or less than a predetermined value. It may be.

ステップS56で所定の条件を満たしていない場合には、顕微鏡システム1は、改めて複数の設定値を決定し(ステップS57)、その後、ステップS52からステップS56の処理を繰り返す。   If the predetermined condition is not satisfied in step S56, the microscope system 1 determines a plurality of setting values again (step S57), and then repeats the processing from step S52 to step S56.

ステップS57では、演算装置20は、以下の2つの条件を満たすように複数の設定値を決定する。第1の条件は、ステップS57で決定する複数の設定値の分布範囲(即ち、探索範囲)及び平均間隔が、先の複数の設定値の分布範囲及び平均間隔と比較して、狭いことである。第2の条件は、ステップS57で決定する複数の設定値の分布範囲内に、ステップS55において最大の評価値に対応する補正環111の設定値が含まれることである。なお、本明細書において、評価値に対応する設定値とは、ある画像データから算出された評価値に対するその画像データが取得されたときの補正装置の設定値のことをいうものとする。また、設定値に対応する評価値とは、ある画像データが取得されたときの補正装置の設定値に対するその画像データから算出された評価値のことをいうものとする。   In step S57, the arithmetic unit 20 determines a plurality of set values so as to satisfy the following two conditions. The first condition is that the distribution range (that is, the search range) and the average interval of the plurality of setting values determined in step S57 are narrower than the distribution range and the average interval of the plurality of setting values. . The second condition is that the setting value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value in step S55 is included in the distribution range of the plurality of setting values determined in step S57. In this specification, the setting value corresponding to the evaluation value refers to the setting value of the correction device when the image data for the evaluation value calculated from certain image data is acquired. Further, the evaluation value corresponding to the set value means an evaluation value calculated from the image data with respect to the set value of the correction apparatus when certain image data is acquired.

これにより、顕微鏡装置は、設定値が異なる複数の状態で複数の画像データを取得する処理を、複数の状態で設定される補正環111の複数の設定値の分布範囲と平均間隔とが繰り返し毎に狭まり、且つ、その分布範囲内に演算装置20が算出した最大の評価値に対応する補正環111の設定値が含まれるように、繰り返す。そして、演算装置は、繰り返し毎に、複数の画像データの複数の評価値を算出する。   As a result, the microscope apparatus repeats the process of acquiring a plurality of image data in a plurality of states with different setting values for each of the distribution ranges and average intervals of the plurality of setting values of the correction ring 111 set in the plurality of states. And the set value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value calculated by the arithmetic unit 20 is included in the distribution range. Then, the arithmetic device calculates a plurality of evaluation values of the plurality of image data for each repetition.

図16(b)は、ステップS57で決定した複数の設定値に基づいて取得した複数の画像データの評価値が示されている。図16(a)と図16(b)を比較すると、図16(b)に示す複数の設定値(補正環位置)は、上記2つの条件を満たしていることが確認できる。なお、図16(a)と図16(b)では、いずれも10個の設定値(補正環位置)が決定されている例が示されているが、設定値の数は、繰り返し毎に設定値の平均間隔が狭くなる限り、同一に限られず、増加しても減少してもよい。   FIG. 16B shows evaluation values of a plurality of image data acquired based on the plurality of setting values determined in step S57. When comparing FIG. 16A and FIG. 16B, it can be confirmed that the plurality of set values (correction ring positions) shown in FIG. 16B satisfy the above two conditions. 16 (a) and 16 (b) show an example in which ten setting values (correction ring positions) are determined, but the number of setting values is set for each repetition. As long as the average interval of values becomes narrow, it is not limited to the same, and may be increased or decreased.

ステップS56で所定の条件を満たしている場合には、顕微鏡システム1は、ステップS55で算出した複数の評価値と、それら複数の評価値に対応する複数の設定値と、に基づいて目標値を算出し(ステップS58)、目標値算出処理を終了する。ここでは、演算装置20は、例えば、最後の繰り返しにおいてステップS55で算出された複数の評価値のうちの最大の評価値に対応する補正環111の設定値を目標値として算出してもよい。また、最後の繰り返しに限らずステップS55で算出された複数の評価値のうちの最大の評価値に対応する補正環111の設定値を目標値として算出してもよい。なお、演算装置20は、算出した目標値と現在のZ位置の組み合わせを、記憶装置25に記憶させる。
顕微鏡システム1は、図15に示す目標値算出処理を実行することで、比較的少ない画像データの取得回数で目標値を高精度に算出することができる。
When the predetermined condition is satisfied in step S56, the microscope system 1 sets the target value based on the plurality of evaluation values calculated in step S55 and the plurality of setting values corresponding to the plurality of evaluation values. Calculation is performed (step S58), and the target value calculation process is terminated. Here, for example, the arithmetic unit 20 may calculate the set value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value among the plurality of evaluation values calculated in step S55 in the last iteration as the target value. Further, the set value of the correction ring 111 corresponding to the maximum evaluation value among the plurality of evaluation values calculated in step S55 is not limited to the last repetition, and may be calculated as a target value. The arithmetic unit 20 stores the combination of the calculated target value and the current Z position in the storage device 25.
The microscope system 1 can calculate the target value with high accuracy with a relatively small number of acquisitions of image data by executing the target value calculation process shown in FIG.

なお、図15のステップS55では、画像データ毎に評価値を算出する例を示したが、画像データの全体領域を複数の領域に分割して、分割によって得られる領域毎に評価値(以降、画像データ毎に算出される評価値と区別するため、領域評価値と記す。)を算出してもよい。この場合、ステップS58では、領域毎に目標値(全体領域に対して算出される目標値と区別するため、以降、領域目標値と記す。)を算出し、複数の領域目標値に基づいて、全体領域に対する目標値を算出する。   In addition, although the example which calculates evaluation value for every image data was shown in step S55 of FIG. 15, the whole area | region of image data is divided | segmented into several area | region, and evaluation value (henceforth, hereafter) is divided | segmented. In order to distinguish it from the evaluation value calculated for each image data, it may be referred to as a region evaluation value). In this case, in step S58, a target value for each region (to be distinguished from a target value calculated for the entire region, hereinafter referred to as a region target value) is calculated, and based on a plurality of region target values, A target value for the entire area is calculated.

図17は、画像データの全体領域Wを領域R1から領域R9の9つの領域に分割し、領域毎に領域目標値を算出した例を示している。全体領域に対する目標値は、例えば、領域目標値を昇順又は降順に並べた(θ3:θ3:θ4:θ4:θ5:θ5:θ5:θ6:θ6)中間値(θ5)に決定されてもよく、最頻値(θ5)に決定されてもよい。なお、分割数も9つに限られず、9つより少なくても多くてもよい。   FIG. 17 shows an example in which the entire area W of the image data is divided into nine areas R1 to R9, and the area target value is calculated for each area. The target value for the entire region may be determined as an intermediate value (θ5), for example, in which the region target values are arranged in ascending or descending order (θ3: θ3: θ4: θ4: θ5: θ5: θ5: θ6: θ6) It may be determined to the mode value (θ5). The number of divisions is not limited to nine, and may be smaller or larger than nine.

領域毎に領域目標値を算出し、複数の領域目標値に対する統計的な処理により目標値を算出することで、画像データに他のピクセルデータと比較して極端に高輝度又は低輝度を有するピクセルデータが含まれる場合であっても、その影響を抑えて画像データのコントラストを評価することができる。このため、球面収差が補正される設定値を正しく算出することができる。   By calculating the area target value for each area and calculating the target value by statistical processing for a plurality of area target values, the image data has extremely high or low luminance compared to other pixel data Even when data is included, it is possible to evaluate the contrast of image data while suppressing the influence. For this reason, the set value for correcting the spherical aberration can be calculated correctly.

図18は、顕微鏡システム1でZ位置毎に行われる別の目標値算出処理のフローチャートである。対物レンズ110には、補正環111の設定値を変更することにより対物レンズ110の焦点距離がわずかに変化するものが存在する。図18に示す目標値算出処理は、このような対物レンズ110が使用される場合に行われる。図18に示す目標値算出処理は、ステップS58に続いて、さらに、ステップS59からステップS61の処理が行われる点が、図15に示す目標値算出処理と異なっている。その他の点は、図15に示す目標値算出処理と同様であるので、説明を割愛する。   FIG. 18 is a flowchart of another target value calculation process performed for each Z position in the microscope system 1. Some objective lenses 110 change the focal length of the objective lens 110 slightly by changing the setting value of the correction ring 111. The target value calculation process shown in FIG. 18 is performed when such an objective lens 110 is used. The target value calculation process shown in FIG. 18 differs from the target value calculation process shown in FIG. 15 in that the process from step S59 to step S61 is further performed following step S58. The other points are the same as the target value calculation process shown in FIG.

顕微鏡システム1は、ステップS58で目標値が算出されると、Z位置を変更する(ステップS59)。ここでは、演算装置20の指示に従って、Z制御装置13がZ駆動部109を光軸方向に移動させて対物レンズ110のZ位置を変更する。Z位置の移動量は、補正環111の設定値を動作可能範囲内で変更したときに、その変更によって生じる観察対象面の最大移動量(つまり、対物レンズ110の焦点距離の最大変化量)よりも小さな距離である。これは、図4のステップS5でのZ位置の変更に比べて十分に小さい。一例を挙げると、ステップS5では、例えば、100μmずつZ位置を変更するのに対して、ステップS59では、例えば、1μmずつZ位置を変更する。   When the target value is calculated in step S58, the microscope system 1 changes the Z position (step S59). Here, the Z control device 13 moves the Z drive unit 109 in the optical axis direction to change the Z position of the objective lens 110 in accordance with an instruction from the arithmetic unit 20. The amount of movement of the Z position is based on the maximum amount of movement of the observation target surface (that is, the maximum amount of change in the focal length of the objective lens 110) caused by the change when the set value of the correction ring 111 is changed within the operable range. Is also a small distance. This is sufficiently smaller than the change of the Z position in step S5 in FIG. As an example, in step S5, for example, the Z position is changed by 100 μm, whereas in step S59, the Z position is changed by 1 μm, for example.

次に、顕微鏡システム1は、変更後のZ位置が所定のZ範囲内にあるか否かを判断する(ステップS60)。ここでは、例えば、変更後のZ位置が基準となる図4のステップS2又はステップS5で確定したZ位置から補正環111の設定値の変更によって生じる観察対象面の最大移動量よりも離れていない場合には、演算装置20はZ位置が所定のZ範囲内にあると判断する。なお、基準となるZ位置とは、例えば、図4のステップS2又はステップS5で確定した観察対象面のZ位置である。即ち、所定のZ範囲とは、例えば、ステップS2又はステップS5で確定した観察対象面のZ位置を中心とした、対物レンズ110の焦点距離の最大変化量の2倍の幅を有するZ範囲である。   Next, the microscope system 1 determines whether or not the changed Z position is within a predetermined Z range (step S60). Here, for example, the changed Z position is not separated from the reference Z position determined in step S2 or S5 of FIG. 4 by the change in the setting value of the correction ring 111, which is caused by the change in the setting value of the correction ring 111. In this case, the arithmetic unit 20 determines that the Z position is within a predetermined Z range. The reference Z position is, for example, the Z position of the observation target surface determined in step S2 or step S5 in FIG. That is, the predetermined Z range is, for example, a Z range having a width twice as large as the maximum change amount of the focal length of the objective lens 110 around the Z position of the observation target surface determined in step S2 or step S5. is there.

変更後のZ位置が所定のZ範囲内にある場合には、顕微鏡システム1は、変更後のZ位置でステップS52からステップS58の処理を行う。これにより、演算装置20は、Z位置毎に目標値を算出し、その結果、複数のZ位置における複数の目標値を算出する。   When the changed Z position is within the predetermined Z range, the microscope system 1 performs the processing from step S52 to step S58 at the changed Z position. Thereby, the arithmetic unit 20 calculates a target value for each Z position, and as a result, calculates a plurality of target values at a plurality of Z positions.

変更後のZ位置が所定のZ範囲外にある場合には、顕微鏡システム1は、複数のZ位置における複数の目標値とこれら複数の目標値に対応する評価値とに基づいて、評価値が最大となると推定される補正環111の設定値とZ位置の組み合わせを算出し(ステップS61)、目標値算出処理を終了する。ここでは、演算装置20は、例えば、複数の目標値に対応する複数の評価値のうちの最大の評価値を特定し、その最大の評価値に対応する目標値を、評価値が最大となると推定される設定値として算出する。そして、演算装置20は、評価値が最大となると推定される設定値とZ位置の組み合わせを記憶装置25に記憶させる。   When the changed Z position is outside the predetermined Z range, the microscope system 1 determines the evaluation value based on the plurality of target values at the plurality of Z positions and the evaluation values corresponding to the plurality of target values. A combination of the set value of the correction ring 111 estimated to be the maximum and the Z position is calculated (step S61), and the target value calculation process is terminated. Here, for example, the computing device 20 specifies the maximum evaluation value among the plurality of evaluation values corresponding to the plurality of target values, and sets the target value corresponding to the maximum evaluation value to the maximum evaluation value. Calculated as an estimated set value. Then, the arithmetic unit 20 causes the storage device 25 to store the combination of the set value estimated to have the maximum evaluation value and the Z position.

顕微鏡システム1は、図18に示す目標値算出処理を実行することで、対物レンズ110の焦点距離が補正環111の設定値によって変化する場合であっても、比較的少ない画像データの取得回数で、球面収差を良好に補正する補正環111の設定値と対物レンズ110のZ位置の組み合わせを高精度に算出することができる。   The microscope system 1 executes the target value calculation process shown in FIG. 18, so that even when the focal length of the objective lens 110 changes depending on the set value of the correction ring 111, the number of image data acquisition times is relatively small. The combination of the set value of the correction ring 111 that corrects spherical aberration favorably and the Z position of the objective lens 110 can be calculated with high accuracy.

なお、図18のステップS55では、画像データの全体領域を複数の領域に分割して、領域毎に領域評価値を算出してもよく、この場合、ステップS58では、複数の領域目標値を算出する。また、ステップS61では、複数のZ位置における複数の領域目標値とこれら複数の領域目標値に対応する領域評価値とに基づいて、評価値が最大となると推定される補正環111の設定値とZ位置の組み合わせ(全体領域に対して算出される組み合わせと区別するため、以降、領域組み合わせと記す)を、領域毎に算出する。その後、複数の領域組み合わせに基づいて、全体領域に対する組み合わせを算出する。   In step S55 in FIG. 18, the entire area of the image data may be divided into a plurality of areas, and an area evaluation value may be calculated for each area. In this case, a plurality of area target values are calculated in step S58. To do. In step S61, based on the plurality of region target values at the plurality of Z positions and the region evaluation values corresponding to the plurality of region target values, the set value of the correction ring 111 that is estimated to have the maximum evaluation value, A combination of Z positions (to be distinguished from a combination calculated for the entire region, hereinafter referred to as a region combination) is calculated for each region. Thereafter, a combination for the entire region is calculated based on a plurality of region combinations.

図19は、画像データの全体領域Wを領域R1から領域R9の9つの領域に分割し、領域毎に領域組み合わせを算出した例を示している。領域組み合わせを構成する設定値は、例えば、ステップS58で算出される領域目標値を昇順又は降順に並べた(θ3.6:θ3.7:θ4.4:θ4.4:θ4.5:θ4.6:θ4.7:θ5.1:θ6.1)中間値(θ4.5)に決定されてもよく、最頻値(θ4.4)に決定されてもよい。また、領域組み合わせを構成するZ位置は、例えば、決定された設定値に基づいて決定されてもよく、中間値(θ4.5)であれば、中間値に対応するZ位置の値(Z2.5)、最頻値(θ4.4)であれば、最頻値に対応するZ位置の値(Z2.3)に決定されてもよい。なお、分割数も9つに限られず、9つより少なくても多くてもよい。   FIG. 19 shows an example in which the entire region W of the image data is divided into nine regions R1 to R9, and region combinations are calculated for each region. For example, the setting values constituting the area combination are the area target values calculated in step S58 arranged in ascending or descending order (θ3.6: θ3.7: θ4.4: θ4.4: θ4.5: θ4. 6: θ4.7: θ5.1: θ6.1) The intermediate value (θ4.5) may be determined, or the mode value (θ4.4) may be determined. In addition, the Z position that constitutes the region combination may be determined based on the determined set value, for example, and if it is an intermediate value (θ4.5), the value of the Z position corresponding to the intermediate value (Z2. 5) If it is the mode value (θ4.4), the Z position value (Z2.3) corresponding to the mode value may be determined. The number of divisions is not limited to nine, and may be smaller or larger than nine.

領域毎に領域組み合わせを算出し、複数の領域組み合わせに対する統計的な処理により、評価値が最大となると推定される補正環111の設定値とZ位置の組み合わせ組み合わせを算出する。これにより、画像データに他のピクセルデータと比較して極端に高輝度又は低輝度を有するピクセルデータが含まれる場合であっても、その影響を抑えて画像データのコントラストを評価することができる。このため、球面収差が補正される設定値を正しく算出することができる。   A region combination is calculated for each region, and a combination of the set value of the correction ring 111 and the Z position, which is estimated to have the maximum evaluation value, is calculated by statistical processing for a plurality of region combinations. Accordingly, even when the image data includes pixel data having extremely high luminance or low luminance as compared with other pixel data, the influence of the image data can be suppressed and the contrast of the image data can be evaluated. For this reason, the set value for correcting the spherical aberration can be calculated correctly.

図20は、顕微鏡システム1でZ位置毎に行われる更に別の目標値算出処理のフローチャートである。図21は、図20に示す目標値算出処理について説明するための図である。図20及び図21を参照しながら、図20に示す目標値算出処理について説明する。なお、図20に示すステップS71からステップS75までの処理は、図15に示すステップS51からステップS55までの処理と同様であるので、詳細な説明は割愛する。   FIG. 20 is a flowchart of still another target value calculation process performed for each Z position in the microscope system 1. FIG. 21 is a diagram for explaining the target value calculation processing shown in FIG. The target value calculation process shown in FIG. 20 will be described with reference to FIGS. Note that the processing from step S71 to step S75 shown in FIG. 20 is the same as the processing from step S51 to step S55 shown in FIG.

顕微鏡システム1は、ステップS75で評価値が算出されると、複数の画像データの第1の座標情報に基づいて目標値を算出し(ステップS76)、目標値算出処理を終了する。なお、画像データの第1の座標情報とは、その画像データから算出された評価値とその評価値に対応する補正環111の設定値との組み合わせをいうものとする。   When the evaluation value is calculated in step S75, the microscope system 1 calculates a target value based on the first coordinate information of the plurality of image data (step S76), and ends the target value calculation process. Note that the first coordinate information of image data refers to a combination of an evaluation value calculated from the image data and a setting value of the correction ring 111 corresponding to the evaluation value.

ステップS76では、演算装置20は、まず、ステップS73で取得した複数の画像データから3つ以上の画像データを選択する。この3つ以上の画像データは、ステップS75で算出した複数の評価値のうちの最大値が算出された画像データが含まれるように、選択される。   In step S76, the arithmetic unit 20 first selects three or more image data from the plurality of image data acquired in step S73. The three or more pieces of image data are selected so as to include the image data for which the maximum value among the plurality of evaluation values calculated in step S75 is calculated.

その後、演算装置20は、選択した3つ以上の画像データの第1の座標情報に基づいて、観察対象面における球面収差が補正される補正環111の設定値である目標値を算出する。具体的には、3つ以上の画像データの第1の座標情報に基づいて、補間又は関数近似により関数を算出する。なお、この関数は、評価値と設定値に関する関数である。そして、算出した関数のピーク座標(評価値が最大となる座標)から得られる設定値を目標値として算出する。演算装置20は、算出した目標値と現在のZ位置の組み合わせを、記憶装置25に記憶させる。   Thereafter, the arithmetic unit 20 calculates a target value, which is a setting value of the correction ring 111 for correcting the spherical aberration on the observation target surface, based on the first coordinate information of the three or more selected image data. Specifically, a function is calculated by interpolation or function approximation based on the first coordinate information of three or more image data. This function is a function related to the evaluation value and the set value. Then, a set value obtained from the peak coordinates of the calculated function (coordinates with the maximum evaluation value) is calculated as a target value. The arithmetic device 20 stores the combination of the calculated target value and the current Z position in the storage device 25.

図21には、最大の評価値が算出される画像データとその前後(つまり、設定値が近い)の画像データからなる3つの画像データが選択され、それらの画像データから得られる3つの第1の座標情報からラグランジュ補間により二次関数を算出し、そのピーク座標から目標値を算出した例が示されている。なお、補間には、ラグランジュ補間、スプライン補間などの任意の補間法が採用され得る。また、関数近似にも、最小二乗法などの任意の近似法が採用され得る。
顕微鏡システム1は、図20に示す目標値算出処理を実行することで、比較的少ない画像データの取得回数で目標値を高精度に算出することができる。
In FIG. 21, three pieces of image data including image data for which the maximum evaluation value is calculated and image data before and after that (that is, set values are close) are selected, and three first items obtained from the image data are displayed. An example is shown in which a quadratic function is calculated by Lagrange interpolation from the coordinate information and the target value is calculated from the peak coordinates. For the interpolation, any interpolation method such as Lagrangian interpolation or spline interpolation may be employed. In addition, an arbitrary approximation method such as a least square method can be adopted for the function approximation.
The microscope system 1 can calculate the target value with high accuracy with a relatively small number of acquisition times of image data by executing the target value calculation process shown in FIG.

なお、図15に示す目標値算出処理と図20に示す目標値算出処理を組み合わせて目標値を算出してもよい。例えば、図20に示す目標値算出処理に図15のステップS56及びステップS57の処理を追加して、ステップS76で算出した目標値が分布範囲に含まれるように、複数の設定値の分布範囲(即ち、探索範囲)及び平均間隔を徐々に狭めながら、目標値の算出を繰り返してもよい。これにより、目標値をより高い精度で算出することが可能となる。   The target value may be calculated by combining the target value calculation process shown in FIG. 15 and the target value calculation process shown in FIG. For example, the processing of step S56 and step S57 of FIG. 15 is added to the target value calculation processing shown in FIG. 20, and the distribution range of a plurality of setting values (so that the target value calculated in step S76 is included in the distribution range ( That is, the calculation of the target value may be repeated while gradually narrowing the search range) and the average interval. Thereby, the target value can be calculated with higher accuracy.

図22は、顕微鏡システム1でZ位置毎に行われる更に別の目標値算出処理のフローチャートである。図23は、図22に示す目標値算出処理のステップS79の処理のフローチャートである。図24及び図25は、図23に示す処理について説明するための図であり、図24は目標値と評価値の関数を算出する方法を、図25は目標値とZ位置の関数を算出する方法を示している。図22に示す目標値算出処理は、補正環111の設定値を変更することにより焦点距離が変化する対物レンズ110が使用される場合に行われる。図22に示す目標値算出処理は、ステップS76の代わりにステップS76aの処理が行われる点と、さらに、ステップS77からステップS79の処理が行われる点が、図20に示す目標値算出処理と異なっている。その他の点は、図20に示す目標値算出処理と同様であるので、説明を割愛する。なお、ステップS76aでは、関数のピーク座標から目標値に加えてその目標値に対応する評価値を算出する点がステップS76とは異なっている。   FIG. 22 is a flowchart of still another target value calculation process performed for each Z position in the microscope system 1. FIG. 23 is a flowchart of the process in step S79 of the target value calculation process shown in FIG. 24 and 25 are diagrams for explaining the processing shown in FIG. 23. FIG. 24 shows a method for calculating a function of the target value and the evaluation value, and FIG. 25 calculates a function of the target value and the Z position. Shows how. The target value calculation process shown in FIG. 22 is performed when the objective lens 110 whose focal length is changed by changing the setting value of the correction ring 111 is used. The target value calculation process shown in FIG. 22 is different from the target value calculation process shown in FIG. 20 in that the process of step S76a is performed instead of step S76, and further, the processes of steps S77 to S79 are performed. ing. The other points are the same as the target value calculation process shown in FIG. Note that step S76a differs from step S76 in that an evaluation value corresponding to the target value is calculated in addition to the target value from the peak coordinates of the function.

顕微鏡システム1は、ステップS76aで目標値と評価値が算出されると、Z位置を変更する(ステップS77)。さらに、変更後のZ位置が所定のZ範囲内にあるか否かを判断する(ステップS78)。なお、ステップS77及びステップS78の処理は、図18に示すステップS59及びステップS60の処理と同様である。   When the target value and the evaluation value are calculated in step S76a, the microscope system 1 changes the Z position (step S77). Further, it is determined whether or not the changed Z position is within a predetermined Z range (step S78). Note that the processing in step S77 and step S78 is the same as the processing in step S59 and step S60 shown in FIG.

変更後のZ位置が所定のZ範囲内にある場合には、顕微鏡システム1は、変更後のZ位置でステップS72からステップS76aの処理を行う。これにより、Z位置毎に目標値と目標値に対応する評価値が算出され、その結果、複数のZ位置における複数の目標値と複数の評価値が算出される。即ち、複数の第2の座標情報が算出される。なお、第2の座標情報とは、Z位置と、Z位置における目標値と、Z位置における目標値に対応する評価値の組み合わせをいうものとする。   When the changed Z position is within the predetermined Z range, the microscope system 1 performs the processing from step S72 to step S76a at the changed Z position. Thereby, a target value and an evaluation value corresponding to the target value are calculated for each Z position, and as a result, a plurality of target values and a plurality of evaluation values at a plurality of Z positions are calculated. That is, a plurality of second coordinate information is calculated. Note that the second coordinate information means a combination of the Z position, the target value at the Z position, and the evaluation value corresponding to the target value at the Z position.

変更後のZ位置が所定のZ範囲外にある場合には、顕微鏡システム1は、複数の第2の座標情報に基づいて、評価値が最大となると推定される設定値とZ位置の組み合わせを算出し(ステップS79)、目標値算出処理を終了する。ここでは、演算装置20は、図23に示すように、まず、複数の第2の座標情報から3つ以上の第2の座標情報を選択する(ステップS79a)。この3つ以上の第2の座標情報は、複数の第2の座標情報のうちの最大値の評価値を有する第2の座標情報が含まれるように選択される。その後、演算装置20は、選択した3つ以上の第2の座標情報に基づいて、補間又は関数近似により目標値と評価値の関数(図24における破線)を算出する(ステップS79b)。このとき、第2の座標情報に含まれるZ位置の情報は関数の算出に利用しない。次に、ステップS79bで算出した関数のピーク座標(評価値が最大となる座標)からピーク座標での目標値を算出する(ステップS79c)。さらに、選択した3つ以上の第2の座標情報に基づいて、補間(例えば、線形補間)により目標値とZ位置の関数(図25における破線)を算出する(ステップS79d)。このとき、第2の座標情報に含まれる評価値の情報は関数の算出に利用しない。そして、ステップS79cで算出した目標値とステップS79dで算出した関数に基づいてZ位置を算出する(ステップS79e)。最後に、ステップS79cで算出した目標値とステップS79eで算出したZ位置の組み合わせを評価値が最大となると推定される設定値とZ位置の組み組み合わせとして算出し、記憶装置25に記憶させる(ステップS79f)。図18のステップS61でも同様の方法で組み合わせを算出してもよい。   When the changed Z position is outside the predetermined Z range, the microscope system 1 determines a combination of the set value and the Z position that are estimated to have the maximum evaluation value based on the plurality of second coordinate information. Calculation is performed (step S79), and the target value calculation process is terminated. Here, as shown in FIG. 23, the arithmetic unit 20 first selects three or more pieces of second coordinate information from the plurality of second coordinate information (step S79a). The three or more pieces of the second coordinate information are selected so as to include the second coordinate information having the maximum evaluation value among the plurality of second coordinate information. Thereafter, the computing device 20 calculates a function of the target value and the evaluation value (broken line in FIG. 24) by interpolation or function approximation based on the selected three or more second coordinate information (step S79b). At this time, information on the Z position included in the second coordinate information is not used for calculating the function. Next, the target value at the peak coordinate is calculated from the peak coordinate (the coordinate at which the evaluation value is maximized) of the function calculated at step S79b (step S79c). Furthermore, a function of the target value and the Z position (broken line in FIG. 25) is calculated by interpolation (for example, linear interpolation) based on the selected three or more second coordinate information (step S79d). At this time, the evaluation value information included in the second coordinate information is not used for the calculation of the function. Then, the Z position is calculated based on the target value calculated in step S79c and the function calculated in step S79d (step S79e). Finally, the combination of the target value calculated in step S79c and the Z position calculated in step S79e is calculated as a combination of the set value and Z position estimated to have the maximum evaluation value, and is stored in the storage device 25 (step S79f). The combination may be calculated in the same way in step S61 in FIG.

顕微鏡システム1は、図22に示す目標値算出処理を実行することで、対物レンズ110の焦点距離が補正環111の設定値によって変化する場合であっても、比較的少ない画像データの取得回数で、球面収差を良好に補正する補正環111の設定値と対物レンズ110のZ位置の組み合わせを高精度に算出することができる。   The microscope system 1 executes the target value calculation process shown in FIG. 22, so that even when the focal length of the objective lens 110 changes depending on the setting value of the correction ring 111, the microscope system 1 can acquire a relatively small number of image data. The combination of the set value of the correction ring 111 that corrects spherical aberration favorably and the Z position of the objective lens 110 can be calculated with high accuracy.

図22では、所定のZ範囲内のZ位置毎にステップS72からステップS76aの処理を行う例を示したが、さらに、Z位置毎にステップS71が行われてもよい。即ち、Z位置毎に、補正環111の複数の設定値(画像データを取得する補正環の設定値の範囲)を決定し直してもよい。   Although FIG. 22 shows an example in which the processing from step S72 to step S76a is performed for each Z position within the predetermined Z range, step S71 may be performed for each Z position. That is, for each Z position, a plurality of setting values (range of setting values of the correction ring for acquiring image data) of the correction ring 111 may be determined again.

図26は、Z位置毎且つ補正環111の設定値(角度)毎に得られる標本Sの画像を並べた図である。図26には、Z位置が深くなるほど、高いコントラストの画像が得られる補正環111の設定値も大きくなるという傾向が示されている。従って、このようなZ位置に対する傾向が既知である場合には、Z位置毎に、この傾向に基づいて探索範囲を決定して、ステップS71でその探索範囲内で複数の設定値を決定してもよい。図26に示す例であれば、Z2では、θ1からθ3の3つの設定値を決定し、Z3では、θ1からθ5の5つの設定値を決定し、Z4では、θ2からθ6の5つの設定値を決定する。これにより、Z位置毎に複数の設定値を決定し直さない場合に比べて、探索範囲を狭くすることができるため、ステップS71で決定する設定値の数も少なくすることができる。このため、より少ない画像データの取得回数で、球面収差を良好に補正する補正環111の設定値と対物レンズ110のZ位置の組み合わせを高精度に算出することができる。   FIG. 26 is a diagram in which images of the specimen S obtained for each Z position and for each set value (angle) of the correction ring 111 are arranged. FIG. 26 shows a tendency that as the Z position becomes deeper, the set value of the correction ring 111 that can obtain a high contrast image becomes larger. Therefore, when such a tendency with respect to the Z position is known, a search range is determined based on this tendency for each Z position, and a plurality of set values are determined within the search range in step S71. Also good. In the example shown in FIG. 26, three setting values from θ1 to θ3 are determined for Z2, five setting values from θ1 to θ5 are determined for Z3, and five setting values for θ2 to θ6 are determined for Z4. To decide. Thereby, compared with the case where a plurality of setting values are not re-determined for each Z position, the search range can be narrowed, and the number of setting values determined in step S71 can also be reduced. For this reason, it is possible to calculate with high accuracy the combination of the setting value of the correction ring 111 and the Z position of the objective lens 110, which correct spherical aberration satisfactorily, with fewer image data acquisition times.

なお、探索範囲の幅(L1とL2との間のθ方向の距離)は、例えば、対物レンズの設計値等に基づいて、対物レンズ毎に設定されていてもよく、また、実験等により、図26に示すようなデータを予め取得し、このデータに基づいて設定されていてもよい。また、上述した傾向(即ち、Z位置と評価値と設定値の関係を示す傾向、例えば、L1及びL2の傾き)は、最初の数回のZ位置の変更までの間に算出されたZ位置と目標値の組み合わせの情報から算出してもよい。   Note that the width of the search range (the distance in the θ direction between L1 and L2) may be set for each objective lens based on, for example, the design value of the objective lens, Data as shown in FIG. 26 may be acquired in advance and set based on this data. In addition, the above-described tendency (that is, the tendency indicating the relationship between the Z position, the evaluation value, and the set value, for example, the slopes of L1 and L2) is the Z position calculated until the first several Z position changes. And may be calculated from information on a combination of target values.

また、図18及び図22は、Z位置を変更することなく決定した補正環111の全ての設定値で画像データを取得した後に、Z位置を次の位置へ変更する例を示しているが、結果として、設定値が異なる複数の状態の各々で取得された画像データが所定範囲内のZ位置毎に得られればよい。このため、補正環111の設定値を変更することなく所定範囲内の各Z位置で画像データを取得した後に、補正環111の設定値を次の設定値に変更してもよい。   18 and 22 illustrate an example in which the Z position is changed to the next position after acquiring image data with all the setting values of the correction ring 111 determined without changing the Z position. As a result, image data acquired in each of a plurality of states having different setting values may be obtained for each Z position within a predetermined range. For this reason, the setting value of the correction ring 111 may be changed to the next setting value after image data is acquired at each Z position within a predetermined range without changing the setting value of the correction ring 111.

図27は、本実施例に係る顕微鏡200の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、顕微鏡100の代わりに顕微鏡200を含む点が図1に示す顕微鏡システム1と異なっている。その他の点については、顕微鏡システム1と同様であるので、同一の構成要素については同一の符号で参照する。   FIG. 27 is a diagram illustrating the configuration of the microscope 200 according to the present embodiment. The microscope system according to this embodiment is different from the microscope system 1 shown in FIG. 1 in that a microscope 200 is included instead of the microscope 100. Since the other points are the same as those of the microscope system 1, the same components are referred to by the same reference numerals.

顕微鏡200は、共焦点顕微鏡である。サンプルSは、例えば、マウスの脳などの生体試料である。顕微鏡200は、図27に示すように、照明光路上に、レーザー201と、ビームエクスパンダ202と、ダイクロイックミラー203と、走査ユニット204と、瞳投影光学系205と、対物レンズ110とを備えている。なお、対物レンズ110、対物レンズ110を光軸方向に移動させるZ駆動部109、対物レンズ110内のレンズを移動させて球面収差を補正する補正装置である補正環111については、実施例1に係る顕微鏡100と同様である。   The microscope 200 is a confocal microscope. The sample S is a biological sample such as a mouse brain, for example. As shown in FIG. 27, the microscope 200 includes a laser 201, a beam expander 202, a dichroic mirror 203, a scanning unit 204, a pupil projection optical system 205, and an objective lens 110 on the illumination optical path. Yes. Note that the objective lens 110, the Z driving unit 109 that moves the objective lens 110 in the optical axis direction, and the correction ring 111 that is a correction device that corrects spherical aberration by moving the lens in the objective lens 110 are described in the first embodiment. This is the same as the microscope 100.

レーザー201は、例えば、可視域や紫外域、赤外域のレーザー光を発振する。レーザー201から発振されるレーザーの出力は、光源制御装置11によって制御される。ビームエクスパンダ202は、レーザー201からのレーザー光(コリメート光)の光束を対物レンズ111の瞳径に応じて調整する光学系である。ダイクロイックミラー203は、励起光(レーザ光)とサンプルSからの検出光(蛍光)とを分離する光分離手段であり、波長によりレーザー光と蛍光を分離する。   For example, the laser 201 oscillates laser light in the visible region, the ultraviolet region, and the infrared region. The output of the laser oscillated from the laser 201 is controlled by the light source control device 11. The beam expander 202 is an optical system that adjusts the luminous flux of laser light (collimated light) from the laser 201 in accordance with the pupil diameter of the objective lens 111. The dichroic mirror 203 is a light separating unit that separates the excitation light (laser light) and the detection light (fluorescence) from the sample S, and separates the laser light and the fluorescence according to the wavelength.

走査ユニット204は、レーザー光でサンプルSを2次元に走査するための走査手段であり、例えば、ガルバノスキャナやレゾナンドスキャナなどを含んでいる。走査ユニット204の走査範囲が変化することでズーム倍率が変化する。走査ユニット204の走査範囲は、ズーム制御装置12によって制御される。瞳投影光学系205は、走査ユニット204を対物レンズ110の瞳位置に投影する光学系である。   The scanning unit 204 is scanning means for scanning the sample S two-dimensionally with laser light, and includes, for example, a galvano scanner or a resonance scanner. The zoom magnification changes as the scanning range of the scanning unit 204 changes. The scanning range of the scanning unit 204 is controlled by the zoom control device 12. The pupil projection optical system 205 is an optical system that projects the scanning unit 204 onto the pupil position of the objective lens 110.

顕微鏡200は、さらに、検出光路(ダイクロイックミラー203の透過光路)上に、ミラー206と、共焦点レンズ207と、共焦点絞り208と、集光レンズ209と、光検出器210とを備えている。光検出器210から出力された信号は、A/D変換器211に出力される。   The microscope 200 further includes a mirror 206, a confocal lens 207, a confocal stop 208, a condensing lens 209, and a photodetector 210 on the detection optical path (the transmission optical path of the dichroic mirror 203). . The signal output from the photodetector 210 is output to the A / D converter 211.

共焦点レンズ207は、共焦点絞り208上に、蛍光を集光するレンズである。共焦点絞り208は、対物レンズ110の焦点面と光学的に共役な位置に配置された絞りである。共焦点絞り208には、対物レンズ110の焦点位置から生じた蛍光を透過させるピンホールが形成されている。集光レンズ209は、共焦点絞り208を通過した蛍光を光検出器210に導くレンズである。   The confocal lens 207 is a lens that collects fluorescence on the confocal stop 208. The confocal stop 208 is a stop disposed at a position optically conjugate with the focal plane of the objective lens 110. The confocal stop 208 is formed with a pinhole that transmits fluorescence generated from the focal position of the objective lens 110. The condenser lens 209 is a lens that guides the fluorescence that has passed through the confocal stop 208 to the photodetector 210.

光検出器210は、例えば、光電子増倍管(PMT)であり、入射した蛍光の光量に応じたアナログ信号を出力する。A/D変換器211は、光検出器210からのアナログ信号をデジタル信号(輝度信号)に変換して、演算装置20に出力する。   The photodetector 210 is a photomultiplier tube (PMT), for example, and outputs an analog signal corresponding to the amount of incident fluorescence. The A / D converter 211 converts the analog signal from the photodetector 210 into a digital signal (luminance signal) and outputs it to the arithmetic unit 20.

以上のように構成された本実施例に係る顕微鏡システムでは、顕微鏡200は、走査ユニット204を用いてレーザー光でサンプルSを走査して、サンプルSの各位置からの蛍光を光検出器210で検出する。そして、演算装置20は、光検出器210からの信号を変換したデジタル信号(輝度信号)と走査ユニット204の走査情報とに基づいて、画像データを生成する。即ち、本実施例に係る顕微鏡システムでは、顕微鏡200と演算装置20により構成される顕微鏡装置が、サンプルSの画像データを取得する。   In the microscope system according to this embodiment configured as described above, the microscope 200 scans the sample S with laser light using the scanning unit 204, and the fluorescence from each position of the sample S is detected by the photodetector 210. To detect. Then, the arithmetic unit 20 generates image data based on the digital signal (luminance signal) obtained by converting the signal from the photodetector 210 and the scanning information of the scanning unit 204. That is, in the microscope system according to the present embodiment, the microscope apparatus configured by the microscope 200 and the arithmetic unit 20 acquires the image data of the sample S.

本実施例に係る顕微鏡システムでは、実施例1に係る顕微鏡システム1と同様に、図4に示す関数算出処理、並びに、図5、図11及び図12に示す処理を行うことができる。このため、容易に且つ高精度に球面収差を補正する関数を算出することができる。また、関数を、サンプルSへのダメージを抑えながら、短時間で算出することもできる。さらに、図14に示す球面収差補正処理を行うことができる点も、実施例1に係る顕微鏡システム1と同様である。   In the microscope system according to the present embodiment, the function calculation process illustrated in FIG. 4 and the processes illustrated in FIGS. 5, 11, and 12 can be performed in the same manner as the microscope system 1 according to the first embodiment. Therefore, a function for correcting spherical aberration can be calculated easily and with high accuracy. Also, the function can be calculated in a short time while suppressing damage to the sample S. Furthermore, the point that the spherical aberration correction process shown in FIG. 14 can be performed is the same as that of the microscope system 1 according to the first embodiment.

図28は、本実施例に係る顕微鏡300の構成を例示した図である。なお、本実施例に係る顕微鏡システムは、顕微鏡100の代わりに顕微鏡300を含む点が図1に示す顕微鏡システム1と異なっている。その他の点については、顕微鏡システム1と同様であるので、同一の構成要素については同一の符号で参照する。   FIG. 28 is a diagram illustrating the configuration of the microscope 300 according to the present embodiment. The microscope system according to the present embodiment is different from the microscope system 1 shown in FIG. 1 in that a microscope 300 is included instead of the microscope 100. Since the other points are the same as those of the microscope system 1, the same components are referred to by the same reference numerals.

顕微鏡300は、走査型ではない通常の蛍光顕微鏡である。なお、顕微鏡300は、ズーム機能を備えているため、ズーム顕微鏡とも呼ばれる。サンプルSは、例えば、マウスの脳などの生体試料である。顕微鏡300は、図28に示すように、照明光路上に、光源302を内蔵したランプハウス301と、コレクタレンズ303と、蛍光キューブ304と、ズームレンズ305と、対物レンズ110とを備えている。なお、対物レンズ110、対物レンズ110を光軸方向に移動させるZ駆動部109、対物レンズ110内のレンズを移動させて球面収差を補正する補正装置である補正環111については、実施例1に係る顕微鏡100と同様である。   The microscope 300 is a normal fluorescence microscope that is not a scanning type. Note that the microscope 300 is also called a zoom microscope because it has a zoom function. The sample S is a biological sample such as a mouse brain, for example. As shown in FIG. 28, the microscope 300 includes a lamp house 301 including a light source 302, a collector lens 303, a fluorescent cube 304, a zoom lens 305, and an objective lens 110 on the illumination optical path. Note that the objective lens 110, the Z driving unit 109 that moves the objective lens 110 in the optical axis direction, and the correction ring 111 that is a correction device that corrects spherical aberration by moving the lens in the objective lens 110 are described in the first embodiment. This is the same as the microscope 100.

光源302は、例えば、LED光源、高出力の水銀ランプなどである。なお、光源302の出力は、光源制御装置11によって制御される。コレクタレンズ303は、光源302からの励起光をコリメートする。蛍光キューブ304は、図示しないダイクロイックミラーと励起フィルタと吸収フィルタとを備えている。蛍光キューブ304は、励起光とサンプルSからの検出光(蛍光)とを分離する光分離手段であり、波長により励起光と蛍光を分離する。   The light source 302 is, for example, an LED light source or a high output mercury lamp. The output of the light source 302 is controlled by the light source control device 11. The collector lens 303 collimates the excitation light from the light source 302. The fluorescent cube 304 includes a dichroic mirror, an excitation filter, and an absorption filter (not shown). The fluorescent cube 304 is a light separation unit that separates excitation light and detection light (fluorescence) from the sample S, and separates excitation light and fluorescence according to wavelength.

ズームレンズ305は、ズームレンズ305を構成するレンズ間の距離が変化するように構成されている。ズーム制御装置12がレンズ間の距離を図示しないモータ等によって変化させることでズーム倍率が変化する。即ち、ズームレンズ305は、ズーム制御装置12によって制御される。   The zoom lens 305 is configured such that the distance between the lenses constituting the zoom lens 305 changes. The zoom magnification is changed by the zoom control device 12 changing the distance between the lenses by a motor or the like (not shown). That is, the zoom lens 305 is controlled by the zoom control device 12.

顕微鏡300は、さらに、検出光路(蛍光キューブ304の透過光路)上に、結像レンズ306と、撮像装置307を備えている。結像レンズ306は、対物レンズ110及びズームレンズ305を介して入射する蛍光を撮像装置307上に集光させて、サンプルSの光学像を形成する。撮像装置307は、例えば、CCDカメラであり、サンプルSの光学像を撮像してサンプルSの画像データを生成する。撮像装置307は、生成した画像データを演算装置20に出力する。本実施例に係る顕微鏡システムでは、顕微鏡300である顕微鏡装置が、サンプルSの画像データを取得する。   The microscope 300 further includes an imaging lens 306 and an imaging device 307 on the detection optical path (the transmission optical path of the fluorescent cube 304). The imaging lens 306 condenses the fluorescence incident through the objective lens 110 and the zoom lens 305 on the imaging device 307 to form an optical image of the sample S. The imaging device 307 is, for example, a CCD camera, and captures an optical image of the sample S to generate image data of the sample S. The imaging device 307 outputs the generated image data to the arithmetic device 20. In the microscope system according to the present embodiment, the microscope apparatus that is the microscope 300 acquires the image data of the sample S.

本実施例に係る顕微鏡システムでは、実施例1に係る顕微鏡システム1と同様に、図4に示す関数算出処理、並びに、図5、図11及び図12に示す処理を行うことができる。このため、容易に且つ高精度に球面収差を補正する関数を算出することができる。また、関数を、サンプルSへのダメージを抑えながら、短時間で算出することもできる。さらに、図14に示す球面収差補正処理を行うことができる点も、実施例1に係る顕微鏡システム1と同様である。   In the microscope system according to the present embodiment, the function calculation process illustrated in FIG. 4 and the processes illustrated in FIGS. 5, 11, and 12 can be performed in the same manner as the microscope system 1 according to the first embodiment. Therefore, a function for correcting spherical aberration can be calculated easily and with high accuracy. Also, the function can be calculated in a short time while suppressing damage to the sample S. Furthermore, the point that the spherical aberration correction process shown in FIG. 14 can be performed is the same as that of the microscope system 1 according to the first embodiment.

上述した各実施例は、発明の理解を容易にするために具体例を示したものであり、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。顕微鏡システム、関数算出方法及びプログラムは、特許請求の範囲により規定される本発明の思想を逸脱しない範囲において、さまざまな変形、変更が可能である。この明細書で説明される個別の実施例の文脈におけるいくつかの特徴を組み合わせて単一の実施例としてもよい。   The above-described embodiments are specific examples for facilitating understanding of the invention, and the present invention is not limited to these embodiments. The microscope system, the function calculation method, and the program can be variously modified and changed without departing from the concept of the present invention defined by the claims. Several features in the context of the individual embodiments described in this specification may be combined into a single embodiment.

Z制御装置13がZ駆動部109を制御して対物レンズ110のZ位置を変化させる構成を例示したが、Z制御装置13は、顕微鏡のステージを光軸方向に移動させることにより対物レンズ110のZ位置を変化させてもよい。   The configuration in which the Z control device 13 controls the Z driving unit 109 to change the Z position of the objective lens 110 has been exemplified. However, the Z control device 13 moves the microscope stage in the optical axis direction to move the objective lens 110. The Z position may be changed.

また、観察対象面の深さによって変化する球面収差を補正する補正装置として補正環111を例示したが、補正装置は、光路上で生じる球面収差の量を変化させることができるものであればよい。補正装置は、例えば、LCOS(Liquid crystal on silicon、商標)、DFM(Deformable Mirror)、液体レンズなどを用いた装置であってもよい。また、発生する球面収差量が大きく単一の補正装置では十分に球面収差を補正しきれない場合には、補正する球面収差量を複数の補正装置で分担して、観察対象面で生じる球面収差を補正してもよい。   In addition, the correction ring 111 is illustrated as a correction device that corrects the spherical aberration that varies depending on the depth of the observation target surface. However, the correction device may be any device that can change the amount of spherical aberration that occurs on the optical path. . The correction device may be, for example, a device using LCOS (Liquid crystal on silicon (trademark)), DFM (Deformable Mirror), a liquid lens, or the like. In addition, when the amount of generated spherical aberration is large and a single correction device cannot sufficiently correct spherical aberration, the amount of spherical aberration to be corrected is shared by a plurality of correction devices, and spherical aberration generated on the observation target surface May be corrected.

また、画素分解能が光学分解能よりも大きい、即ち、画素分解能から算出されるピクセルサイズが光学的に識別し得る2点間の距離よりも大きい場合には、発生した球面収差が画像データに十分に反映していない可能性がある。このような場合には、発生した球面収差を画像データ、ひいては評価値に正しく反映させるため、画素分解能が光学分解能よりも小さくなるように、ズーム倍率を高くした状態で目標値算出処理を実行してもよい。これにより、観察対象面に生じた球面収差をより高い精度で補正する設定値を算出することが可能となる。   In addition, when the pixel resolution is larger than the optical resolution, that is, when the pixel size calculated from the pixel resolution is larger than the distance between two points that can be optically identified, the generated spherical aberration is sufficient in the image data. It may not be reflected. In such a case, in order to correctly reflect the generated spherical aberration in the image data and thus in the evaluation value, the target value calculation process is executed with the zoom magnification increased so that the pixel resolution is smaller than the optical resolution. May be. Thereby, it is possible to calculate a set value for correcting the spherical aberration generated on the observation target surface with higher accuracy.

また、評価値を算出する方法として、設定値毎に1枚の画像データを取得し、取得した画像データ毎に評価値を算出する例を示したが、設定値毎に複数の画像データを取得して、カルマンフィルタ等を用いて複数の画像データから評価値を算出してもよい。このような方法によれば、画像データの各々に含まれるノイズ成分を設定値毎の複数の画像データを用いて相殺させることができるため、より精度の高い評価値を算出することができる。   In addition, as an example of a method for calculating an evaluation value, one image data is acquired for each set value, and an evaluation value is calculated for each acquired image data. However, a plurality of image data is acquired for each set value. Then, the evaluation value may be calculated from a plurality of image data using a Kalman filter or the like. According to such a method, the noise component included in each of the image data can be canceled by using a plurality of image data for each set value, so that a more accurate evaluation value can be calculated.

また、図15及び図20に示す目標値算出処理に加えて、図18及び図22に示すに示す目標値算出処理でも、画像データの全体領域を複数の領域に分割して、領域毎に評価値及び目標値を算出してもよい。これにより、球面収差が補正される設定値をより正しく算出することができる。   In addition to the target value calculation processing shown in FIGS. 15 and 20, the target value calculation processing shown in FIGS. 18 and 22 also divides the entire area of the image data into a plurality of areas and evaluates each area. A value and a target value may be calculated. Thereby, the set value for correcting the spherical aberration can be calculated more correctly.

また、例えば、マウスの脳などの生体試料を観察する場合、観察対象面に明るく発光する細胞体が点在している場合がある。このような細胞体の明るさは、球面収差の影響に比べて焦点ズレの影響によって大きく変化する。このため、補正環111の設定値によって焦点距離が変化する対物レンズが用いられている場合には、評価値(画像のコントラスト)によって球面収差が補正される設定値を適切に算出することが困難になる場合がある。そのような場合には、評価値を算出する方法として、画像データを加工してから評価値を算出する図29に示す方法を採用してもよい。
図29は、画像データを加工してから評価値を算出する処理のフローチャートである。以下、図29を参照しながら、評価値算出処理について説明する。
For example, when a biological sample such as a mouse brain is observed, cell bodies that emit bright light may be scattered on the surface to be observed. The brightness of such a cell body is greatly changed by the influence of the focus shift compared to the influence of the spherical aberration. For this reason, when an objective lens whose focal length changes according to the setting value of the correction ring 111 is used, it is difficult to appropriately calculate a setting value for correcting the spherical aberration by the evaluation value (image contrast). It may become. In such a case, as a method for calculating the evaluation value, a method shown in FIG. 29 in which the evaluation value is calculated after processing the image data may be employed.
FIG. 29 is a flowchart of processing for calculating an evaluation value after processing image data. Hereinafter, the evaluation value calculation process will be described with reference to FIG.

顕微鏡システムは、まず、画像データから輝度値に関するヒストグラムを作成する(ステップS81)。ここでは、演算装置20は、画像データを構成する各ピクセルの輝度値を特定し、輝度値毎のピクセル数を算出して、輝度値に関するヒストグラムを作成する。なお、ヒストグラムは、顕微鏡利用者が輝度値の度数分布を視覚的に把握するために作成される。従って、評価値算出処理に際して、ヒストグラムの作成は省略されてもよい。   The microscope system first creates a histogram relating to luminance values from image data (step S81). Here, the arithmetic unit 20 specifies the luminance value of each pixel constituting the image data, calculates the number of pixels for each luminance value, and creates a histogram relating to the luminance value. The histogram is created so that the user of the microscope can visually grasp the frequency distribution of luminance values. Therefore, the creation of a histogram may be omitted in the evaluation value calculation process.

次に、顕微鏡システムは、画像データから平均輝度値を算出する(ステップS82)。ここでは、演算装置20は、画像データを構成する複数のピクセルの輝度値の合計をピクセル数で除して、平均輝度値を算出する。   Next, the microscope system calculates an average luminance value from the image data (step S82). Here, the arithmetic unit 20 calculates the average luminance value by dividing the sum of the luminance values of a plurality of pixels constituting the image data by the number of pixels.

さらに、顕微鏡システムは、高輝度を有するピクセルデータの影響を排除する(ステップS83)。ここでは、演算装置20は、ステップS81で作成したヒストグラムとステップS82で算出した平均輝度値を用いて、平均輝度値から例えば3σ(σは画像データを構成するピクセルの輝度値の標準偏差)を超えて高い輝度を有するピクセルデータを特定し、それらのピクセルデータの輝度値を所定の輝度値に変更して画像データを更新する。なお、所定の輝度値は、例えば、平均輝度値+3σである。   Furthermore, the microscope system eliminates the influence of pixel data having high brightness (step S83). Here, the arithmetic unit 20 uses the histogram created in step S81 and the average luminance value calculated in step S82 to calculate, for example, 3σ (σ is the standard deviation of the luminance value of the pixels constituting the image data) from the average luminance value. Pixel data having high brightness exceeding that is specified, and the brightness value of those pixel data is changed to a predetermined brightness value to update the image data. The predetermined luminance value is, for example, an average luminance value + 3σ.

最後に、顕微鏡システムは、ステップS83で更新した画像データに基づいて、その画像データの評価値を算出する(ステップS84)。なお、このステップでの評価値の算出方法は、上述した方法と同様である。   Finally, the microscope system calculates an evaluation value of the image data based on the image data updated in step S83 (step S84). The evaluation value calculation method in this step is the same as the method described above.

顕微鏡システムが図29に示す処理を行うことで、例えば、観察対象面内で明るく発光している細胞の影響を排除することができる。このため、球面収差が補正される設定値を正しく算出することができる。なお、画像データを加工する方法は、上述した方法に限られない。例えば、表示された画像上で、画像中の評価対象とする範囲を指定して、その範囲内のピクセルデータに基づいて評価値を算出してもよい。この場合も、明るく発光する細胞を含まないように範囲を指定することで、球面収差が補正される設定値を正しく算出することができる。   When the microscope system performs the process shown in FIG. 29, for example, the influence of cells that emit light brightly in the observation target surface can be eliminated. For this reason, the set value for correcting the spherical aberration can be calculated correctly. Note that the method of processing the image data is not limited to the method described above. For example, a range to be evaluated in the image may be specified on the displayed image, and an evaluation value may be calculated based on pixel data within the range. Also in this case, the setting value for correcting the spherical aberration can be correctly calculated by designating the range so as not to include cells that emit bright light.

1 顕微鏡システム
10 顕微鏡制御装置
11 光源制御装置
12 ズーム制御装置
13 Z制御装置
14 補正環制御装置
20 演算装置
30 表示装置
40 キーボード
50 補正環操作装置
60 Z駆動部操作装置
100、200、300 顕微鏡
101、201 レーザー
102、204 走査ユニット
103、106、205 瞳投影光学系
104、206 ミラー
105、203 ダイクロイックミラー
107、210 光検出器
108、211 A/D変換器
109 Z駆動部
110 対物レンズ
111 補正環
202 ビームエクスパンダ
207 共焦点レンズ
208 共焦点絞り
209 集光レンズ
301 ランプハウス
302 光源
303 コレクタレンズ
304 蛍光キューブ
305 ズームレンズ
306 結像レンズ
307 撮像装置
S サンプル
CG カバーガラス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Microscope system 10 Microscope control apparatus 11 Light source control apparatus 12 Zoom control apparatus 13 Z control apparatus 14 Correction ring control apparatus 20 Arithmetic apparatus 30 Display apparatus 40 Keyboard 50 Correction ring operation apparatus 60 Z drive part operation apparatuses 100, 200, 300 Microscope 101 , 201 Laser 102, 204 Scanning unit 103, 106, 205 Pupil projection optical system 104, 206 Mirror 105, 203 Dichroic mirror 107, 210 Photo detector 108, 211 A / D converter 109 Z drive unit 110 Objective lens 111 Correction ring 202 Beam expander 207 Confocal lens 208 Confocal stop 209 Condensing lens 301 Lamp house 302 Light source 303 Collector lens 304 Fluorescent cube 305 Zoom lens 306 Imaging lens 307 Imaging device S Sample CG Cover glass

Claims (5)

対物レンズと球面収差を補正する補正装置とを備え、前記対物レンズのZ位置毎に、前記補正装置の設定値の異なる複数の状態の各々でサンプルの画像データを取得する顕微鏡装置と、
前記顕微鏡装置でZ位置毎に取得した複数の画像データに基づいて、球面収差が補正される前記補正装置の設定値である当該Z位置における目標値を算出し、少なくとも3つのZ位置と前記少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、Z位置と目標値との関係を示す関数を、補間又は関数近似により算出する演算装置と、を備え、
前記演算装置は、
前記顕微鏡装置が画像データを取得した複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、前記2つのZ位置と前記2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出し、
前記2つのZ位置毎に算出した前記Z位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、前記複数のZ範囲を決定し、
前記決定した複数のZ範囲毎に、当該Z範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出する
ことを特徴とする顕微鏡システム。
A microscope apparatus that includes an objective lens and a correction apparatus that corrects spherical aberration, and acquires image data of a sample in each of a plurality of states having different setting values of the correction apparatus for each Z position of the objective lens;
Based on a plurality of image data acquired for each Z position by the microscope apparatus, a target value at the Z position, which is a setting value of the correction apparatus for correcting spherical aberration, is calculated, and at least three Z positions and at least the at least based on the combination of the target value in the three Z positions, the function indicating the relationship between the Z position and the target value, e Bei and a calculation device for calculating by interpolation or function approximation,
The arithmetic unit is:
For each of two adjacent Z positions of the plurality of Z positions from which the microscope apparatus has acquired image data, based on the two Z positions and two target values consisting of target values at the two Z positions. Calculating the slope of the target value with respect to the Z position,
Determining the plurality of Z ranges based on slopes of target values for a plurality of Z positions, each comprising a slope of a target value for the Z positions calculated for each of the two Z positions;
A microscope system characterized in that, for each of the determined plurality of Z ranges, a partial function indicating a relationship between a Z position having the Z range as a domain and a target value is calculated by interpolation or function approximation. .
請求項1に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
前記対物レンズのZ位置に応じて、当該Z位置と前記演算装置で算出した関数とに基づいて算出される目標値に前記補正装置の設定値を変更する補正装置制御装置を備える
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 1 , further comprising:
According to the Z position of the objective lens, a correction device control device is provided that changes a set value of the correction device to a target value calculated based on the Z position and a function calculated by the calculation device. Microscope system.
請求項1又は請求項2に記載の顕微鏡システムにおいて、
前記補正装置は、前記対物レンズ内のレンズを移動させる補正環である
ことを特徴とする顕微鏡システム。
The microscope system according to claim 1 or 2 ,
The microscope system according to claim 1, wherein the correction device is a correction ring that moves a lens in the objective lens.
対物レンズのZ位置と球面収差が補正される補正装置の設定値の関係を示す関数を算出する方法であって、
前記対物レンズと球面収差を補正する前記補正装置とを備える顕微鏡装置が、前記対物レンズのZ位置毎に、前記補正装置の設定値の異なる複数の状態の各々でサンプルの画像データを取得し、
前記演算装置が、前記顕微鏡装置でZ位置毎に取得した複数の画像データに基づいて、球面収差が補正される前記補正装置の設定値である当該Z位置における目標値を算出し、少なくとも3つのZ位置と前記少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、Z位置と目標値との関係を示す関数を、補間又は関数近似により算出し、
前記関数を算出することは、
前記顕微鏡装置が画像データを取得した複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、前記2つのZ位置と前記2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出することと、
前記2つのZ位置毎に算出した前記Z位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、前記複数のZ範囲を決定することと、
前記決定した複数のZ範囲毎に、当該Z範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出すること、を含む
ことを特徴とする方法。
A method of calculating a function indicating a relationship between a Z position of an objective lens and a setting value of a correction device for correcting spherical aberration,
A microscope apparatus provided with the objective lens and the correction device that corrects spherical aberration acquires sample image data in each of a plurality of states with different setting values of the correction device for each Z position of the objective lens,
The arithmetic device calculates a target value at the Z position, which is a setting value of the correction device for correcting spherical aberration, based on a plurality of image data acquired for each Z position by the microscope device, and at least three Based on the combination of the Z position and the target value at the at least three Z positions, a function indicating the relationship between the Z position and the target value is calculated by interpolation or function approximation ,
Calculating the function is
For each of two adjacent Z positions of the plurality of Z positions from which the microscope apparatus has acquired image data, based on the two Z positions and two target values consisting of target values at the two Z positions. Calculating a slope of the target value with respect to the Z position;
Determining the plurality of Z ranges based on slopes of target values for a plurality of Z positions, each comprising slopes of target values for the Z positions calculated for each of the two Z positions;
For each of the determined plurality of Z ranges, calculating a partial function indicating a relationship between a Z position having the Z range as a domain and a target value by interpolation or function approximation. And how to.
対物レンズと球面収差を補正する補正装置とを備えた顕微鏡装置が前記対物レンズのZ位置毎に取得したサンプルの複数の画像データであって、各々が前記補正装置の設定値の異なる状態で取得された複数の画像データに基づいて、球面収差が補正される前記補正装置の設定値である当該Z位置における目標値を算出する処理と
前記顕微鏡装置が画像データを取得した少なくとも3つのZ位置と前記少なくとも3つのZ位置における目標値との組み合わせに基づいて、Z位置と目標値との関係を示す関数を、補間又は関数近似により算出する処理であって、
前記顕微鏡装置が画像データを取得した複数のZ位置のうちの隣り合う2つのZ位置毎に、前記2つのZ位置と前記2つのZ位置の各々における目標値からなる2つの目標値とに基づいて、Z位置に対する目標値の傾きを算出することと、
前記2つのZ位置毎に算出した前記Z位置に対する目標値の傾きからなる、複数のZ位置に対する目標値の傾きに基づいて、前記複数のZ範囲を決定することと、
前記決定した複数のZ範囲毎に、当該Z範囲を定義域とするZ位置と目標値との関係を示す部分関数を、補間又は関数近似により算出すること、
を含む処理と、
コンピュータに実行させることを特徴とするプログラム。
A microscope apparatus provided with an objective lens and a correction device for correcting spherical aberration is a plurality of sample image data acquired for each Z position of the objective lens, each acquired with different setting values of the correction device A process of calculating a target value at the Z position, which is a setting value of the correction device for correcting spherical aberration, based on the plurality of image data that has been corrected;
A function indicating the relationship between the Z position and the target value is calculated by interpolation or function approximation based on a combination of at least three Z positions from which the microscope apparatus has acquired image data and target values at the at least three Z positions. Processing,
For each of two adjacent Z positions of the plurality of Z positions from which the microscope apparatus has acquired image data, based on the two Z positions and two target values consisting of target values at the two Z positions. Calculating a slope of the target value with respect to the Z position;
Determining the plurality of Z ranges based on slopes of target values for a plurality of Z positions, each comprising slopes of target values for the Z positions calculated for each of the two Z positions;
For each of the determined plurality of Z ranges, calculating a partial function indicating the relationship between the Z position and the target value with the Z range as a domain by interpolation or function approximation,
Including processing,
A program characterized by causing a computer to execute the.
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