JP6549061B2 - 撮影装置および方法並びに撮影装置制御プログラム - Google Patents

Description

本発明は、観察対象が収容された容器が設置されたステージと観察対象の像を結像させる結像光学系とを相対的に移動させることによって、観察対象全体の像を観察する撮影装置および方法並びに撮影装置制御プログラムに関するものである。

従来、ＥＳ（Embryonic Stem）細胞およびｉＰＳ（Induced Pluripotent Stem）細胞などの多能性幹細胞や分化誘導された細胞などを顕微鏡などで撮像し、その画像の特徴を捉えることで細胞の分化状態などを判定する方法が提案されている。

ＥＳ細胞およびｉＰＳ細胞などの多能性幹細胞は、種々の組織の細胞に分化する能力を備えたものであり、再生医療、薬の開発、病気の解明などにおいて応用が可能なものとして注目されている。

一方、上述したように細胞を顕微鏡で撮像する際、高倍率な広視野画像を取得するため、たとえばウェルプレートなどの培養容器の範囲内を結像光学系の観察域によって走査し、観察域毎の画像を撮像した後、その観察域毎の画像を結合する、いわゆるタイリング撮影を行うことが提案されている（たとえば特許文献１参照）。

特開２０１１−１０７６６９号公報

ここで、細胞の高効率な培養を行うためには、高速に撮影を行う撮影装置が求められている。

しかしながら、たとえば培養容器が載置されたステージを移動させることによって観察域を走査する場合、ステージを高速に移動させることによって高速な撮影が可能であるが、観察対象を撮像する撮像素子の露光時間が適切でない場合には、撮影された画像にブレが生じてしまう。単純に撮像素子の露光時間を短く制御できれば画像のブレを抑制することができるが、撮像素子の露光時間の制御には限界があり、ブレを十分に抑制することができない。

また、撮像された画像に対してフィルタ処理を施すことによってブレ補正を施すことも考えられるが、上述したようなタイリング撮影をする場合、観察域を往復走査する場合がある。このような場合、往路走査の間に撮像した画像と、復路走査の間に撮像した画像とではブレの発生の仕方が異なる。したがって、観察域毎の画像に対して同じブレ補正を施したのでは、適切にブレを補正することができない。

本発明は、上記の問題に鑑み、細胞などの観察対象の高速な撮影が可能であり、かつステージなどの移動に起因するブレを適切かつ簡易に補正することができる撮影装置および方法並びに撮影装置制御プログラムを提供することを目的とする。

本発明の撮影装置は、観察対象が収容された容器が設置されるステージと、容器内の観察対象の像を結像させる結像光学系と、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ上記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させる水平方向駆動部と、結像光学系によって結像された像を受光し、観察対象の画像信号を出力する撮像部と、撮像部から出力された画像信号に対して、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施すブレ補正部とを備え、ブレ補正部が、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の主走査方向の移動方向に応じて、ブレ補正に用いる補正フィルタを切り替える。

また、上記本発明の撮影装置において、補正フィルタは、主走査方向に対応する方向について補正対象の画素位置を中心として非対称であることが望ましい。

また、上記本発明の撮影装置においては、撮像部のシャッタータイミングに応じて観察対象に対して間欠的に照明光を出射する光源を備え、ブレ補正部は、照明光の発光特性に応じた補正フィルタを用いてブレ補正を施すことができる。

また、上記本発明の撮影装置においては、光源から出射された照明光の発光特性を計測する計測部を備え、ブレ補正部は、計測部によって計測された発光特性に基づいて、補正フィルタを更新することができる。

また、上記本発明の撮影装置において、ブレ補正部は、主走査方向の往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタを有し、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の主走査方向の移動方向に応じて、往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタとを切り替えることができる。

また、上記本発明の撮影装置において、ブレ補正部は、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の主走査方向の移動方向に応じて、補正フィルタを主走査方向に対応する方向について反転させて用いることができる。

また、上記本発明の撮影装置において、ブレ補正部は、撮影条件に応じた補正フィルタを有することが好ましい。

また、上記本発明の撮影装置において、ブレ補正部は、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の主走査方向の移動速度に応じた補正フィルタを有することが好ましい。

また、上記本発明の撮影装置において、結像光学系は、観察対象を含む範囲を分割した観察域毎の像を結像し、撮像部は、観察域毎の画像信号を出力し、ブレ補正部は、予め設定された全ての観察域の画像信号を取得した後、観察域毎の画像信号が撮像された時点におけるステージおよび結像光学系の少なくとも一方の主走査方向の移動方向の情報に基づいて、観察域毎の画像信号に対して移動方向に応じた補正フィルタを用いてブレ補正を施すことができる。

また、上記本発明の撮影装置においては、ブレ補正の強度の変更を受け付けるブレ補正強度変更受付部を備え、ブレ補正部は、変更された強度に基づいて、ブレ補正を施すことができる。

本発明の撮影方法は、観察対象が収容された容器が設置されるステージおよび容器内の観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ上記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させ、結像光学系によって結像された像を撮像部によって受光して観察対象の画像信号を取得する撮影方法において、撮像部から出力された画像信号に対して、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施し、かつ上記少なくとも一方の主走査方向の移動方向に応じて、ブレ補正に用いる補正フィルタを切り替える。

本発明の撮影装置制御プログラムは、観察対象が収容された容器が設置されるステージおよび容器内の観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ上記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させる手順と、結像光学系によって結像された像を撮像部によって受光して観察対象の画像信号を取得する手順とをコンピュータに実行させる撮影装置制御プログラムにおいて、撮像部から出力された画像信号に対して、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施し、かつ上記少なくとも一方の主走査方向の移動方向に応じて、ブレ補正に用いる補正フィルタを切り替える手順をコンピュータに実行させる。

本発明の撮影装置および方法並びに撮影装置制御プログラムによれば、観察対象が収容された容器が設置されるステージおよび容器内の観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ上記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させ、結像光学系によって結像された像を撮像部によって受光して観察対象の画像信号を取得する。

そして、撮像部から出力された画像信号に対して、ステージおよび結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施し、かつ上記少なくとも一方の主走査方向の移動方向に応じて、ブレ補正に用いる補正フィルタを切り替える。このように補正フィルタを用いてブレ補正を施し、かつ移動方向に応じて補正フィルタを切り替えることによって、細胞などの観察対象の高速な撮影が可能であり、かつステージなどの移動に起因するブレを適切かつ簡易に補正することができる。

本発明の撮影装置の一実施形態を用いた顕微鏡撮影システムの概略構成を示す図 結像光学系の構成を示す模式図 ステージの構成を示す斜視図 本発明の撮影装置の一実施形態を用いた顕微鏡撮影システムの概略構成を示すブロック図 培養容器内における観察域の走査位置を示す図 培養容器内の各観察域に対応する白色光源の発光タイミングと撮像素子のシャッタータイミングを示す図 白色光源の理想的な発光タイミングと、白色光源への実際の電圧印加のタイミングと、その電圧印加による白色光源の実際の発光状態を示す図 白色光源の発光状態に起因するブレの発生を説明するための図 ストロボ光源を用いた場合における補正フィルタの一例を示す図 本発明の撮影装置の一実施形態を用いた顕微鏡撮影システムの作用を説明するためのフローチャート 白色光源を連続点灯させた場合の各観察域に対応する撮像素子のシャッタータイミングを示す図 白色光源を連続点灯させた場合における補正フィルタの一例を示す図 本発明の撮影装置のその他の実施形態を用いた顕微鏡撮影システムの概略構成を示す図

以下、本発明の撮影装置および方法並びに撮影装置制御プログラムの一実施形態を用いた顕微鏡撮影システムについて、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本実施形態の顕微鏡撮影システムにおける顕微鏡装置１０の概略構成を示すブロック図である。

顕微鏡装置１０は、観察対象である培養された細胞の位相差像を撮像するものである。具体的には、顕微鏡装置１０は、図１に示すように、白色光を出射する白色光源１１と、コンデンサレンズ１２と、スリット板１３と、結像光学系１４と、撮像部１５とを備えている。

白色光源１１は、白色光を間欠的に出射するストロボ光源である。白色光源１１は、撮像部１５のシャッタータイミングに応じて間欠的に白色光を出射するものであり、１回の発光期間は２μｓ程度である。なお、白色光源１１の発光タイミングと撮像部１５のシャッタータイミングについては、後で詳述する。また、本実施形態においては、白色光源１１が、本発明の光源に相当するものである。

スリット板１３は、白色光源１１から出射された白色光を遮光する遮光板に対して白色光を透過するリング形状のスリットが設けられたものであり、白色光がスリットを通過することによってリング状の照明光Ｌが形成される。

結像光学系１４は、リング状の照明光Ｌの観察対象への照射によって形成された観察対象の位相差像を撮像部１５の撮像素子に結像させるものである。図２は、結像光学系１４の詳細な構成を示す図である。結像光学系１４は、図２に示すように、位相差レンズ１４ａおよび結像レンズ１４ｄを備えている。そして、位相差レンズ１４ａは、対物レンズ１４ｂおよび位相板１４ｃを備えている。位相板１４ｃは、照明光Ｌの波長に対して透明な透明板に対して位相リングを形成したものである。なお、上述したスリット板１３のスリットの大きさは、位相板１４ｃの位相リングと共役な関係にある。

位相リングは、入射された光の位相を１／４波長ずらす位相膜と、入射された光を減光する減光フィルタとがリング状に形成されたものである。位相リングに入射された直接光は、位相リングを通過することによって位相が１／４波長ずれるとともに、その明るさが弱められる。一方、観察対象によって回折された回折光は大部分が位相板１４ｃの透明板を通過し、その位相および明るさは変化しない。

なお、位相差レンズ１４ａの倍率を変更可能な構成としてもよい。具体的には、異なる倍率を有する位相差レンズ１４ａまたは結像光学系１４を交換可能に構成するようにしてもよい。位相差レンズ１４ａまたは結像光学系１４の交換は、自動的に行うようにしてもよいし、ユーザが手動で行うようにしてもよい。

結像レンズ１４ｄは、位相差レンズ１４ａを通過した位相差像が入射され、これを撮像部１５に結像するものである。

また、結像光学系１４は、培養容器５０の範囲内を分割した観察域毎の位相差像を撮像部１５に結像するものである。

撮像部１５は、結像光学系１４によって結像された観察域毎の位相差像を受光し、その観察域毎の位相差画像信号を出力するものである。撮像部１５は、ＣＣＤ（Charge-Coupled Device）イメージセンサやＣＭＯＳ（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）イメージセンサなどの撮像素子を備えている。撮像素子としては、ＲＧＢ（Red Green Blue）のカラーフィルタが設けられた撮像素子を用いてもよいし、モノクロの撮像素子を用いるようにしてもよい。

また、撮像素子は、電子シャッターを備えたものであり、予め設定されたシャッタータイミングで観察対象を撮像するものである。シャッタータイミングは、ステージ５１の移動速度と、各観察域のＸ方向の幅とに基づいて予め設定されるものである。

スリット板１３と結像光学系１４との間には、ステージ５１が設けられている。ステージ５１上には、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が設置される。

培養容器５０としては、シャーレ、ディッシュまたはウェルプレートなどを用いることができる。また、培養容器５０に収容される細胞としては、ｉＰＳ細胞およびＥＳ細胞といった多能性幹細胞、幹細胞から分化誘導された神経、皮膚、心筋および肝臓の細胞、並びに人体から取り出された皮膚、網膜、心筋、血球、神経および臓器の細胞などがある。

ステージ５１は、後述する水平方向駆動部１６（図４参照）によって互いに直交するＸ方向およびＹ方向に移動するものである。Ｘ方向およびＹ方向は、Ｚ方向に直交する方向であり、水平面内において互いに直交する方向である。本実施形態においては、Ｘ方向を主走査方向とし、Ｙ方向を副走査方向とする。

図３は、ステージ５１の一例を示す図である。ステージ５１の中央には、矩形の開口５１ａが形成されている。この開口５１ａを形成する部材の上に培養容器５０が設置され、培養容器５０内の細胞の位相差画像が開口５１ａを通過するように構成されている。

次に、顕微鏡装置１０を制御し、かつ顕微鏡装置１０の撮像部１５から出力された位相差画像信号に対してブレ補正を施す顕微鏡制御装置２０の構成について説明する。図４は、本実施形態の顕微鏡撮影システムの構成を示すブロック図である。なお、顕微鏡装置１０については、顕微鏡制御装置２０の各部により制御される一部の構成のブロック図を示している。

顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡装置１０全体を制御するものであり、特に、走査制御部２２および表示制御部２３を備えたものである。また、顕微鏡制御装置２０は、撮像部１５から出力された位相差画像信号に対してブレ補正を施すブレ補正部２１を備えたものである。なお、本実施形態のブレ補正は、ステージ５１の移動に起因して位相差画像信号に発生したブレを補正する処理である。ブレ補正については、後で詳述する。

顕微鏡制御装置２０は、中央処理装置、半導体メモリおよびハードディスクなどを備えたコンピュータから構成されるものであり、ハードディスクに本発明の撮影装置制御プログラムの一実施形態がインストールされている。そして、この撮影装置制御プログラムが中央処理装置によって実行されることによって、図４に示すブレ補正部２１、走査制御部２２および表示制御部２３が機能する。

走査制御部２２は、水平方向駆動部１６を駆動制御し、これによりステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させるものである。水平方向駆動部１６は、圧電素子などを有するアクチュエータから構成されるものである。

本実施形態においては、走査制御部２２による制御によってステージ５１をＸ方向およびＹ方向に移動させ、結像光学系１４の観察域を培養容器５０内において２次元状に走査して各観察域の位相差画像信号を取得する。図５は、培養容器５０内における観察域の走査位置を実線Ｍで示した図である。なお、本実施形態においては、培養容器５０として６つのウェルＷを有するウェルプレートを用いる。

図５に示すように、結像光学系１４の観察域は、走査開始点Ｓから走査終了点Ｅまで実線Ｍに沿って移動する。すなわち、観察域は、Ｘ方向の正方向（図５の右方向）に走査された後、Ｙ方向（図５の下方向）に移動し、その後、Ｘ方向の負方向（図５の左方向）に走査される。次いで、観察域は、再びＹ方向に移動し、再びＸ方向の正方向に走査される。このように、観察域は、Ｘ方向についての往復移動とＹ方向への移動を繰り返し行うことによって、培養容器５０内を２次元状に走査される。

なお、上述したようにステージ５１をＸ方向に移動させることによって観察域を培養容器５０の範囲内において走査する場合、培養容器５０の範囲における観察域の移動速度は一定であることが望ましい。したがって、ステージ５１のＸ方向への移動開始時にはステージ５１が一定の速度になるまで加速する必要があり、ステージ５１のＸ方向への移動終了時には、ステージ５１を一定の速度から減速して停止させる必要がある。

また、ステージ５１のＸ方向への移動速度を一定の速度にする場合、加速域をほとんどもたせることなく急速に一定の速度に制御することは可能であるが、このような制御を行った場合、培養容器５０に細胞とともに収容された培養液などの液面が揺れてしまい、位相差画像の画質の低下を招く可能性がある。また、ステージ５１を停止する際にも同様の問題が発生する可能性がある。

そこで、本実施形態においては、図５に示す範囲Ｒ１および範囲Ｒ２をステージ５１のＸ方向への移動の加減速域に設定する。このように培養容器５０の範囲のＸ方向の両側に加減速域を設定することによって、培養容器５０の範囲において観察域を一定の速度で走査することができ、かつ培養液の液面の揺れも抑制することができる。

上述したようにステージ５１のＸ方向への移動によって結像光学系１４の観察域がＸ方向に走査され、各観察域の位相差画像信号が取得されるが、各観察域の位相差画像信号は、観察域の走査とともに、白色光源１１の発光および撮像部１５のシャッタータイミングを制御することによって取得される。

図６は、培養容器５０内の各観察域に対応する白色光源１１の発光タイミングと撮像部１５のシャッタータイミングを示した図である。なお、ステージ５１の移動速度は、図６に示すように一定である。撮像部１５の電子シャッターは、観察域毎に予め設定された露光時間だけオープンされる。露光時間は、ステージ５１が１観察域のＸ方向の幅だけ移動する時間内であればよい。

ここで、ステージ５１を移動させながら各観察域の位相差画像信号を取得した場合、上述した露光時間の間もステージ５１は停止することなく移動しているので、すなわち観察対象が動いているので、この移動に起因するブレが位相差画像信号に発生する。このブレを抑制するために、露光時間を短くすることも考えらえるが、撮像部１５の電子シャッターの動作速度に限界がある。

そこで、本実施形態においては、露光時間を短くするのではなく、照明光Ｌの観察対象への照射時間を短くすることによってブレを抑制している。具体的には、上述したように白色光源１１をストロボ光源として間欠的に白色光を出射させ、これにより照明光Ｌの照射時間を制御するようにしている。本実施形態においては、図６に示すように、各観察域の露光時間の間に白色光源１１を発光させる。白色光源１１の発光時間は、ステージの移動速度、撮像部１５が有する撮像素子の画素サイズ、および結像光学系１４の倍率などに基づいて決定され、撮像素子の１つの画素に対して、観察対象の１画素に相当する範囲の光が入射するように決定することが望ましい。

しかしながら、ストロボ光源である白色光源１１に印加される電圧は高圧であり、かつストロボ光源自体の性質から、必ずしも白色光源１１から出射される白色光の発光特性を図６に示すような発光特性とすることができない。

図７は、図６に示した白色光源１１の理想的な発光タイミングと、白色光源１１への実際の電圧印加のタイミングと、その電圧印加による白色光源１１の実際の発光状態を示す図である。

理想的な発光タイミングで白色光源１１から白色光を出射させるためには、図７に示すように、白色光源１１への電圧印加のタイミングは、理想的な白色光の発光タイミングよりも前のタイミングにする必要がある。しかしながら、このように電圧印加のタイミングを早めた場合、実際には、白色光源１１は、理想的な発光タイミングよりも早く発光してしまう。また、理想的な発光期間となるように白色光源１１の発光を停止させるためには、理想的な発光期間が経過する前に白色光源１１の電圧印加を停止する必要がある。しかしながら、このように電圧印加を停止させたとしても、白色光源１１自体の性質から発光を急速に停止させることはできず、実際は、図７に示すように、白色光源１１の発光は徐々に減衰していくため、理想的な白色光の発光期間よりも長くなってしまう。

したがって、白色光源１１の発光特性が、図７に示すような発光特性では、斜線で示す部分の発光とステージ５１の移動に起因して位相差画像信号にブレが発生してしまう。すなわち、図８に示すように、理想的な発光タイミングである場合には、撮像素子の１画素に対して観察対象の位相差像の１画素分の光しか入射しないため、ブレは発生しない。しかしながら、実際には、白色光源１１の発光状態は、図８に示すように立上り部と立下り部を有するので、この部分の発光が撮像素子の１画素によって受光されることによって、位相差画像信号にブレが発生してしまう。

ブレ補正部２１は、上述したようなステージ５１の移動および白色光源１１の発光特性に起因するブレを補正するものである。ブレ補正部２１は、予め設定された補正フィルタを用いて、撮像部１５から出力された各観察域の位相差画像信号に対してブレ補正を施すものである。

ここで、図８に示す白色光源１１の実際の発光状態（発光特性）を結像光学系１４で検出した時間単位の光量データを、ステージ５１の速度、撮像部１５の解像度、および電圧印加から白色光源１１の光量が最大となるまでの時間などを考慮して画素単位の光量データに変換し、その変換後の光量データを光量が最大となる画素で正規化したものをＰＳＦ（Point spread function）として求め、これを補正フィルタとして用いることができる。実際には、ＰＳＦをフーリエ変換し、その逆関数に相当する演算を周波数変換された位相差画像信号に乗算することによってブレ補正を施すことができる。具体的には、たとえば上記のＰＳＦに基づいてウィナーフィルタを算出し、これを周波数変換された位相差画像信号に乗算することによってブレ補正を施すことができる。

また、本実施形態においては、上述したようにステージ５１をＸ方向に往復移動させているので、すなわち観察対象がＸ方向に往復移動しているので、ステージ５１が、Ｘ方向について一方の方向に移動している場合のＰＳＦと、逆の他方の方向に移動している場合のＰＳＦとが異なる。

したがって、ブレ補正部２１は、ステージ５１の移動方向に応じて補正フィルタを切り替える。具体的には、ステージ５１が一方の方向に移動している場合のＰＳＦと、他方の方向に移動している場合のＰＳＦとは、Ｘ方向について反転した形状となる。したがって、補正フィルタについても、ステージ５１がいずれか一方の方向に移動している場合のＰＳＦを用いた補正フィルタを予め設定しておき、ステージ５１の移動方向に応じて、これをＸ方向について反転させることによって切り替える。

図９は、ステージ５１が往路移動している場合に取得された位相画像信号に対して用いられる往路用の補正フィルタと、ステージ５１が復路移動している場合に取得された位相差画像信号に対して用いられる復路用の補正フィルタとの一例を示した図である。往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタとは、主走査方向に対応する方向について補正対象の画素位置を中心として非対称な形となる。

本実施形態では、往路用の補正フィルタを予め設定しておき、これを反転して復路用の補正フィルタとして用いる。ただし、これに限らず、往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタとを別々に設定しておき、ステージ５１の移動方向に応じてそれらのフィルタを切り替えて使用するようにしてもよい。

このように往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタとを別々に設けるようにした場合には、たとえばステージ５１が往路移動している場合と復路移動している場合とで、副走査方向への移動ぶれ量が異なる場合などにおいて、この移動ぶれ量の違いを往路用の補正フィルタと復路の補正フィルタとにそれぞれ反映させることができ、これによりブレ補正の精度を上げることができる。

また、ブレ補正部２１は、観察域毎の位相差画像信号が取得される度に、その位相差画像信号に対してブレ補正を施すようにしてもよいし、全ての観察域の位相差画像信号を取得した後に、ブレ補正を施すようにしてもよい。具体的には、ブレ補正部２１は、観察域毎の位相差画像信号が入力される度に、その時点のステージ５１の移動方向の情報を取得し、位相差画像信号とステージ５１の移動方向の情報とを対応付けて記憶する。そして、ブレ補正部２１は、全ての観察域の位相差画像信号が入力された後、各観察域の位相差画像信号に対応付けられたステージ５１の移動方向の情報を参照し、ステージ５１の移動方向に応じた補正フィルタを用いて、各観察域の位相差画像信号にブレ補正を施すようにしてもよい。

次に、図４に戻り、表示制御部２３は、顕微鏡装置１０によって撮像された各観察域の位相差画像信号を結合することによって、１枚の合成位相差画像信号を生成し、その合成位相差画像信号を表示装置３０に表示させるものである。

表示装置３０は、上述したように表示制御部２３によって生成された合成位相差画像信号に基づいて合成位相差画像を表示するものであり、たとえば液晶ディスプレイなどを備えたものである。また、表示装置３０をタッチパネルによって構成し、入力装置４０と兼用するようにしてもよい。

入力装置４０は、マウスやキーボードなどを備えたものであり、ユーザによる種々の設定入力を受け付けるものである。本実施形態の入力装置４０は、たとえば位相差レンズ１４ａの倍率の変更指示、ステージ５１の移動速度の変更指示および白色光源１１の光量の変更指示などの設定入力を受け付けるものである。

次に、本実施形態の顕微鏡撮影システムの作用について、図１０に示すフローチャートを参照しながら説明する。

まず、観察対象である細胞が収容された培養容器５０が、ステージ５１上に設置される（Ｓ１０）。次に、ステージ５１が移動して結像光学系１４の観察域が、図５に示す走査開始点Ｓの位置に設定され、観察域の走査が開始される（Ｓ１２）。

そして、観察域毎の位相差画像信号が撮像部１５から出力され、ブレ補正部２１によって取得される。ブレ補正部２１は、ステージ５１が往路移動している場合には、入力された観察域毎の位相差画像信号に対して往路用の補正フィルタを用いてブレ補正を施す（Ｓ１６，Ｓ１８，ＮＯ）。そして、観察域が加減速域まで移動し、ステージ５１の移動が復路方向への移動に切り替えられた場合には（Ｓ１８，ＹＥＳ）、ブレ補正部２１は、往路用の補正フィルタを反転し（Ｓ２０）、これを復路用の補正フィルタとして用いて、観察域毎の位相差画像信号に対してブレ補正を施す。

そして、観察域の全ての走査が終了するまでＳ１４〜Ｓ２０までの処理が繰り返される（Ｓ２２，ＮＯ）。そして、観察域が、図５に示す走査終了点Ｅの位置に到達した時点において全ての走査が終了する（Ｓ２２，ＹＥＳ）。

全ての走査が終了した後、表示制御部２３は、各観察域の位相差画像信号を結合して合成位相差画像信号を生成し（Ｓ２４）、その生成した合成位相差画像信号に基づいて合成位相差画像を表示装置３０に表示させる（Ｓ２６）。

上記実施形態の顕微鏡撮影システムによれば、各観察位置の位相差画像信号に対して、ステージ５１の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施し、かつステージ５１の主走査方向の移動方向に応じて、ブレ補正に用いる補正フィルタを切り替えるようにしたので、細胞などの観察対象の高速な撮影が可能であり、かつステージなどの移動に起因するブレを適切かつ簡易に補正することができる。

なお、上記実施形態の顕微鏡撮影システムにおいては、白色光源１１としてストロボ光源を用い、観察対象に対して間欠的に白色光を出射させるようにしたが、これに限らず、図１１に示すように、白色光を連続点灯させるようにしてもよい。この場合、ステージ５１に起因するブレを抑制するため、撮像部１５の露光時間は、上記実施形態よりも短い３０μｍに設定し、さらに上記実施形態と同様に、補正フィルタを用いたブレ補正を行う。

白色光を連続点灯させる場合においても、上記実施形態と同様に白色光の発光特性をＰＳＦとし、これに基づいて補正フィルタを算出する。図１２に、白色光を連続点灯させた場合の往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタの一例を示す。白色光を連続点灯させた場合の往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタについても、主走査方向に対応する方向について補正対象の画素位置を中心として非対称な形となる。

そして、白色光を連続点灯させる場合も、上記実施形態と同様に、往路用の補正フィルタを予め設定しておき、これを反転して復路用の補正フィルタとして用いてもよいし、往路用の補正フィルタと復路用の補正フィルタとを別々に設定しておき、ステージ５１の移動方向に応じてそれらのフィルタを切り替えて使用するようにしてもよい。

また、上記実施形態の顕微鏡撮影システムにおいて、撮影条件に応じた補正フィルタを設定しておき、撮影条件に応じて補正フィルタを切り替えて使用するようにしてもよい。撮影条件としては、ステージ５１の移動速度および白色光源１１の光量などがある。

たとえばステージ５１の移動速度を変化させることによって移動速度毎の補正フィルタをブレ補正部２１に予め記憶しておき、ユーザによるステージ５１の移動速度の変更指示に応じて補正フィルタを切り替えるようにすればよい。また、白色光源１１の光量を変化させることによって光量毎の補正フィルタをブレ補正部２１に予め記憶しておき、ユーザによる光量の変更指示に応じて補正フィルタを切り替えるようにすればよい。

なお、ステージ５１の移動速度の変更および白色光源１１の光量の変更については、たとえば表示装置３０に移動速度および光量の変更の入力を受け付ける画面を表示させ、ユーザが入力装置４０を用いて変更後の移動速度および光量を画面上に設定入力するようにすればよい。

また、上記実施形態の顕微鏡撮影システムにおいて、図１３に示すように、白色光源１１から出射された照明光の発光特性を計測する計測部１７を設け、ブレ補正部２１が、計測部１７によって計測された発光特性に基づいて、補正フィルタを改めて算出して更新するようにしてもよい。白色光源１１は、時間の経過とともに経時劣化し、その発光特性も変化する。したがって、上述したように発光特性を計測する計測部１７を設け、定期的に補正フィルタを更新することによって、ブレ補正の精度を維持することができる。

具体的には、計測部１７は、白色光源１１の立上りおよび／または立下りを計測する。そして、計測部１７によって計測された立上りおよび／または立下りが、前回計測した結果よりも大きく変化している場合には、ブレ補正部２１が、その計測結果に基づいて補正フィルタを改めて算出するようにすればよい。計測部１７は、白色光源１１から出射される光を検出することによって発光の立上りおよび／または立下りを計測するようにしてもよいし、白色光源１１の電圧変化を計測することによって、発光の立上りおよび／または立下りを間接的に計測するようにしてもよい。

補正フィルタの更新は、たとえばユーザによる更新指示入力によって行われる。補正フィルタの更新指示入力は、たとえば表示装置３０に補正フィルタ更新の入力を受け付けるボタンなどを表示させ、ユーザが入力装置４０を用いてそのボタンを押すようにすればよい。ユーザによる補正フィルタの更新指示に応じて、計測部１７によって白色光源１１の光量変化が計測される。そして、計測された光量変化が、ステージ５１の移動速度に応じてＰＳＦに変換されることによって、補正フィルタの更新が行われる。なお、たとえばステージ５１の速度が往路と復路で異なる場合には、その速度の違いを考慮して補正フィルタの更新が行われる。

また、上記実施形態の顕微鏡撮影システムにおいて、ブレ補正部２１におけるブレ補正の強度を変更できるようにしてもよい。上述したようにブレ補正を行った場合、ステージ５１の移動に起因する位相差画像のブレは抑制されるが、たとえば位相差画像内にノイズがある場合には、ブレ補正によってノイズが強調される場合がある。したがって、位相差画像内にノイズがある場合などを考慮して、ユーザがブレ補正の強度を変更できることが望ましい。なお、ブレ補正の強度の変更については、予め設定された規則に基づいて、補正フィルタを変更するようにすればよい。

また、ブレ補正の強度の変更については、たとえば表示装置３０にブレ補正の強度の変更の入力を受け付ける画面を表示させ、ユーザが入力装置４０を用いて変更後のブレ補正の強度を画面上に設定入力するようにすればよい。なお、この場合、ブレ補正の強度の変更の入力を受け付ける画面および入力装置４０が、本発明のブレ補正強度変更受付部に相当するものである。

なお、上記実施形態においては、ステージ５１を移動させることによって観察域を走査するようにしたが、これに限らず、ステージ５１を固定とし、結像光学系１４およびその他の位相差画像の撮像に係る構成を移動させることによって観察域を走査するようにしてもよいし、ステージ５１と結像光学系１４およびその他の位相差画像の撮像に係る構成との双方を移動させることによって観察域を走査するようにしてもよい。

また、上記実施形態は、本発明を位相差顕微鏡に適用したものであるが、本発明は、位相差顕微鏡に限らず、微分干渉顕微鏡および明視野顕微鏡などのその他の顕微鏡に適用するようにしてもよい。

１０ 顕微鏡装置
１１ 白色光源
１２ コンデンサレンズ
１３ スリット板
１４ 結像光学系
１４ａ 位相差レンズ
１４ｂ 対物レンズ
１４ｃ 位相板
１４ｄ 結像レンズ
１５ 撮像部
１６ 水平方向駆動部
１７ 計測部
２０ 顕微鏡制御装置
２１ ブレ補正部
２２ 走査制御部
２３ 表示制御部
３０ 表示装置
４０ 入力装置
５０ 培養容器
５１ ステージ
５１ａ 開口
Ｌ 照明光
Ｍ 観察域の位置を示す実線
Ｒ１ 加減速域の範囲
Ｒ２ 加減速域の範囲
Ｓ 走査開始点
Ｅ 走査終了点
Ｗ ウェル

Claims (11)

1. 観察対象が収容された容器が設置されるステージと、
   前記容器内の前記観察対象の像を結像させる結像光学系と、
   前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および該主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ前記少なくとも一方を主走査方向について往復移動させる水平方向駆動部と、
   前記結像光学系によって結像された像を受光し、前記観察対象の画像信号を出力する撮像部と、
   該撮像部から出力された画像信号に対して、前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施すブレ補正部とを備え、
   該ブレ補正部が、前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方の前記主走査方向の往路走査によるブレ補正を行なう補正フィルタを含み、前記主走査方向の副路走査において、前記補正フィルタを反転させたフィルタに切り替えてブレ補正を施すことを特徴とする撮影装置。
2. 前記ブレ補正部は、前記補正フィルタと異なるフィルタに切り替えるか、または前記補正フィルタの向きを反転させて切り替えることによりブレ補正を施す請求項１記載の撮影装置。
3. 前記補正フィルタが、前記主走査方向に対応する方向について補正対象の画素位置を中心として非対称である請求項１または２記載の撮影装置。
4. 前記撮像部のシャッタータイミングに応じて前記観察対象に対して間欠的に照明光を出射する光源を備え、
   前記ブレ補正部が、前記照明光の発光特性に応じた前記補正フィルタを用いて前記ブレ補正を施す請求項１から３いずれか１項記載の撮影装置。
5. 前記光源から出射された照明光の発光特性を計測する計測部を備え、
   前記ブレ補正部が、前記計測部によって計測された発光特性に基づいて、前記補正フィルタを更新する請求項４記載の撮影装置。
6. 前記ブレ補正部が、前記補正フィルタとして、撮影条件に応じた補正フィルタを有する請求項１から５いずれか１項記載の撮影装置。
7. 前記撮影条件は、前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方の前記主走査方向の移動速度である請求項６記載の撮影装置。
8. 前記結像光学系が、前記観察対象を含む範囲を分割した観察域毎の像を結像し、
   前記撮像部が、前記観察域毎の画像信号を出力し、
   前記ブレ補正部が、予め設定された全ての観察域の画像信号を取得した後、該観察域毎の画像信号が撮像された時点における前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方の前記主走査方向の移動方向の情報に基づいて、前記観察域毎の画像信号に対して前記移動方向に応じた補正フィルタを用いて前記ブレ補正を施す請求項１から７いずれか１項記載の撮影装置。
9. 前記ブレ補正の強度の変更を受け付けるブレ補正強度変更受付部を備え、
   前記ブレ補正部が、前記変更された強度に基づいて、前記ブレ補正を施す請求項１から８いずれか１項記載の撮影装置。
10. 観察対象が収容された容器が設置されるステージおよび前記容器内の前記観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および該主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ前記少なくとも一方を前記主走査方向について往復移動させ、前記結像光学系によって結像された像を撮像部によって受光して前記観察対象の画像信号を取得する撮影方法において、
    前記撮像部から出力された画像信号に対して、前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施し、かつ前記少なくとも一方の前記主走査方向の往路走査によるブレ補正を補正フィルタによって行い、前記主走査方向の副路走査において、前記補正フィルタを反転させたフィルタに切り替えてブレ補正を施すことを特徴とする撮影方法。
11. 観察対象が収容された容器が設置されるステージおよび前記容器内の前記観察対象の像を結像させる結像光学系の少なくとも一方を主走査方向および該主走査方向に直交する副走査方向に移動させ、かつ前記少なくとも一方を前記主走査方向について往復移動させる手順と、前記結像光学系によって結像された像を撮像部によって受光して前記観察対象の画像信号を取得する手順とをコンピュータに実行させる撮影装置制御プログラムにおいて、
    前記撮像部から出力された画像信号に対して、前記ステージおよび前記結像光学系の少なくとも一方の移動に起因するブレを補正するブレ補正を施し、かつ前記少なくとも一方の前記主走査方向の往路走査によるブレ補正を補正フィルタによって行い、前記主走査方向の副路走査において、前記補正フィルタを反転させたフィルタに切り替えてブレ補正を施す手順をコンピュータに実行させることを特徴とする撮影装置制御プログラム。