JP6887875B2 - 顕微鏡システム、制御方法、及び、プログラム - Google Patents

Description

本明細書の開示は、顕微鏡システム、制御方法、及び、プログラムに関する。

顕微鏡分野では、カバーガラスの厚さに起因する球面収差を補正する補正環付きの対物レンズが知られている（例えば、特許文献１参照）。対物レンズの補正環は、従来は、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目的で用いられてきたが、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でも使用されている。

特開平０５−１１９２６３号公報

補正環を用いて球面収差を補正する場合、顕微鏡利用者は、顕微鏡画像の明るさ又はコントラストの変化を観察しながら補正環の設定を調整するというのが一般的である。しかしながら、顕微鏡画像を見た顕微鏡利用者がその画像の明るさ又はコントラストの変化を正確に把握することは容易ではない。

また、サンプルが例えばGCaMPなど明滅を繰り返す成分を含む場合や、画像にノイズ成分がのりやすいサンプルの深部を観察する場合などには、顕微鏡画像の明るさ又はコントラストの変化が補正環の設定変更に起因するとは限らない。このため、顕微鏡利用者がたとえ画像の明るさ又はコントラストの変化を把握できたとしても、補正環の設定を正しく評価することは容易ではない。

なお、球面収差を補正する補正装置として補正環を例示したが、球面収差を補正する任意の補正装置において、同様の課題が生じうる。

以上のような実情を踏まえ、本発明の一側面に係る目的は、球面収差を補正する補正装置の設定を容易に且つ正しく評価するための技術を提供することである。

本発明の一態様に係る顕微鏡システムは、球面収差を補正する補正装置を含み、顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置と、前記顕微鏡画像の画像評価値と当該顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報との関係を示す散布図を、表示装置に表示させる制御装置と、を備える。前記制御装置は、前記顕微鏡装置が新たな顕微鏡画像を取得したときに、前記表示装置に既に表示されている前記散布図内に、前記新たな顕微鏡画像の画像評価値と当該新たな顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報とを示す点を前記表示装置に追加で表示さに追加で表示させ、前記顕微鏡装置が同一の観察対象面の顕微鏡画像を前記補正装置の同一の設定で複数回取得した場合に、前記散布図は、前記同一の観察対象面における前記同一の設定での前記画像評価値のばらつきを示す。

本発明の一態様に係る制御方法は、顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置と表示装置を制御する制御装置とを備える顕微鏡システムの制御方法である。制御方法は、球面収差を補正する補正装置を含む前記顕微鏡装置が、新たな顕微鏡画像を取得し、前記制御装置が、前記表示装置に既に表示されている散布図であって、顕微鏡画像の画像評価値と当該顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報との関係を示す散布図内に、前記新たな顕微鏡画像の画像評価値と当該新たな顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報とを示す点を、前記表示装置に追加で表示させ、前記顕微鏡装置が同一の観察対象面の顕微鏡画像を前記補正装置の同一の設定で複数回取得した場合に、前記散布図は、前記同一の観察対象面における前記同一の設定での前記画像評価値のばらつきを示す。

本発明の一態様に係るプログラムは、顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置を備える顕微鏡システムの制御装置に、以下の処理を実行させる。その処理は、球面収差を補正する補正装置を含む前記顕微鏡装置が、新たな顕微鏡画像を取得した場合に、表示装置に既に表示されている散布図であって、顕微鏡画像の画像評価値と当該顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報との関係を示す散布図内に、前記新たな顕微鏡画像の画像評価値と当該新たな顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報とを示す点を、前記表示装置に追加で表示させ、前記顕微鏡装置が同一の観察対象面の顕微鏡画像を前記補正装置の同一の設定で複数回取得した場合に、前記散布図は、前記同一の観察対象面における前記同一の設定での前記画像評価値のばらつきを示す処理である。

上記の態様によれば、球面収差を補正する補正装置の設定を容易に且つ正しく評価することができる。

顕微鏡システム１００の構成を例示した図である。 顕微鏡２０の構成を例示した図である。 制御装置４０の構成を例示した図である。 表示装置５０に表示される画面の一例を示した図である。 自動調整処理のフローチャートである。 推奨位置の推定方法について説明するための図である。 手動調整処理のフローチャートである。 第１表示領域の表示の変化の一例を示した図である。 第１表示領域の表示の変化の別の例を示した図である。 第１表示領域の表示の変化の更に別の例を示した図である。 第２表示領域の表示の変化の一例を示した図である。

以下、図１から図３を参照しながら、顕微鏡システム１００の構成について説明する。図１は、一実施形態に係る顕微鏡システム１００の構成を例示した図である。図２は、顕微鏡システム１００に含まれる顕微鏡２０の構成を例示した図である。図３は、顕微鏡システム１００に含まれる制御装置４０の構成を例示した図である。

図１に示す顕微鏡システム１００は、顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置１０と、制御装置４０と、表示装置５０と、制御装置４０への指示を入力するための複数の入力装置（キーボード６０、レボルバ操作装置７０）を備える。

顕微鏡装置１０は、例えば、二光子励起顕微鏡装置である。また、顕微鏡装置１０は、共焦点顕微鏡装置、ライトシート顕微鏡装置、ライトフィールド顕微鏡装置などであってもよい。顕微鏡装置１０は、顕微鏡２０と、顕微鏡２０の各部を駆動する駆動装置３０と、を備える。なお、図１では、顕微鏡２０と駆動装置３０は別個に記載されているが、顕微鏡２０と駆動装置３０は一体に構成されてもよい。

顕微鏡２０は、例えば、図２に示すような二光子励起顕微鏡である。顕微鏡２０は、サンプルＳを照明する照明光路上に、レーザー２５と、スキャナ２６と、リレーレンズＲＬ１と、ミラー２７と、ダイクロイックミラーＤＭと、補正環２３付きの対物レンズ２２と、ステージ２１を備えている。また、対物レンズ２２は、レボルバ２４に装着されている。

観察対象物であるサンプルＳは、ステージ２１に置載されている。より詳細には、ステージ２１に試料台２１ａが置載され、その試料台２１ａの上に上面がカバーガラスＣＧで覆われたサンプルＳが置載される。サンプルＳは、例えば、マウスの脳などの生体サンプルであり、GCaMPなどのカルシウムプローブを含んでいる。

レーザー２５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２５の出力は、制御装置４０から指示を受けた駆動装置３０によって調整される。

スキャナ２６は、レーザー光でサンプルＳを２次元に走査するスキャナであり、例えば、ガルバノスキャナとレゾナントスキャナを含んでいる。顕微鏡システム１００では、スキャナ２６の走査範囲が変化することでズーム倍率が変化する。スキャナ２６の走査範囲は、制御装置４０から指示を受けた駆動装置３０によって調整される。

リレーレンズＲＬ１は、スキャナ２６を対物レンズ２２の瞳位置に投影する瞳投影光学系である。ダイクロイックミラーＤＭは、励起光（レーザー光）とサンプルＳからの検出光（蛍光）とを分離するスプリッタであり、波長によりレーザー光と蛍光を分離する。

対物レンズ２２は、補正環２３を備えた乾燥系又は液浸系の対物レンズであり、レボルバ２４に装着されている。補正環２３は、球面収差を補正する補正装置の一例であり、対物レンズ２２内のレンズを設定に応じた位置に移動させる。対物レンズ２２の補正環２３は、電動補正環であり、補正環２３の設定は、制御装置４０から指示を受けた補正環駆動装置３１によって変更される。

なお、補正環２３の設定とは、補正環２３の位置、より詳細には、基準となる位置からの回転角度のことである。即ち、補正環２３の設定を変更するとは、補正環２３の位置を変更することであり、補正環２３の設定情報とは、補正環２３の位置についての情報である。

レボルバ２４は、レボルバ２４に装着された図示しない複数の対物レンズの中から光路上に配置する対物レンズを切り替える装置である。図１及び図２では、補正環２３付きの対物レンズ２２が光路上に配置されている様子が示されている。また、レボルバ２４は、ステージ２１と対物レンズ２２の間の距離を変更する焦準装置でもある。レボルバ２４は、レボルバ２４が対物レンズ２２の光軸方向に移動することでステージ２１と対物レンズ２２の間の距離を変更する。

なお、図１及び図２では、レボルバ２４が対物レンズ２２の光軸方向に移動する例を示したが、レボルバ２４の代わりにステージ２１が対物レンズ２２の光軸方向に移動してもよい。顕微鏡システム１００の焦準装置は、レボルバ２４ではなくステージ２１であってもよい。

顕微鏡２０は、さらに、検出光路（ダイクロイックミラーＤＭの反射光路）上に、リレーレンズＲＬ２と、光電子増倍管（以降、ＰＭＴと記す）２８とを備えている。ＰＭＴ２８から出力された信号は、Ａ／Ｄコンバータ２９に出力される。

リレーレンズＲＬ２は、対物レンズ２２の瞳をＰＭＴ２８に投影する瞳投影光学系である。ＰＭＴ２８は、光検出器の一例であり、ここでは、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コンバータ２９は、ＰＭＴ２８からのアナログ信号をデジタル信号（輝度信号）に変換する。

駆動装置３０は、補正環駆動装置３１と、レボルバ駆動装置３２を備えている。補正環駆動装置３１は、制御装置４０からの指示に従って補正環２３を駆動する装置であり、補正環２３の設定を変更する装置である。レボルバ駆動装置３２は、制御装置４０からの指示に従ってレボルバ２４を駆動する装置であり、レボルバ２４を対物レンズ２２の光軸方向に移動させる装置である。

制御装置４０は、例えば、標準的なコンピュータである。制御装置４０は、図３に示すように、プロセッサ４１、メモリ４２、ストレージ４３、インタフェース装置４４、及び、可搬記憶媒体４６が挿入される可搬記憶媒体駆動装置４５を備え、これらがバス４７によって相互に接続されている。

プロセッサ４１は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＭＰＵ（Micro Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）などであり、プログラムを実行してプログラムされた処理を行う。メモリ４２は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）であり、プログラムの実行の際に、ストレージ４３または可搬記憶媒体４６に記憶されているプログラムまたはデータを一時的に記憶する。

ストレージ４３は、例えば、ハードディスク、フラッシュメモリであり、主に各種データやプログラムの記憶に用いられる。インタフェース装置４４は、制御装置４０以外の装置（例えば、顕微鏡装置１０、表示装置５０、キーボード６０、レボルバ操作装置７０など）と信号をやり取りする回路である。可搬記憶媒体駆動装置４５は、光ディスクやコンパクトフラッシュ（登録商標）等の可搬記憶媒体４６を収容し、可搬記憶媒体４６に対してデータを読み書きするものである。可搬記憶媒体４６は、ストレージ４３を補助する役割を有する。ストレージ４３及び可搬記憶媒体４６は、それぞれプログラムを記憶した非一過性のコンピュータ読取可能記憶媒体の一例である。

図２に示す構成は、制御装置４０のハードウェア構成の一例であり、制御装置４０はこの構成に限定されるものではない。制御装置４０は、汎用装置ではなく専用装置であってもよい。制御装置４０は、プログラムを実行するプロセッサの代わりに又は加えて、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）やＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）などの電気回路を備えてもよく、それらの電気回路により、後述する処理が行われてもよい。

表示装置５０は、例えば、液晶ディスプレイ、有機ＥＬディスプレイ、ＣＲＴディスプレイなどのディスプレイである。なお、表示装置５０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。

レボルバ操作装置７０は、顕微鏡利用者が観察対象面の位置を指示するための入力装置である。顕微鏡利用者がレボルバ操作装置７０を用いて観察対象面の位置を変更する指示を制御装置４０へ入力することで、制御装置４０がレボルバ駆動装置３２にレボルバ２４を光軸方向に移動させる。これにより、対物レンズ２２が光軸方向に移動し、その結果、観察対象面の位置が変化する。なお、観察対象面とは、顕微鏡装置１０によって画像が取得される対物レンズ２２の光軸と直交する平面であり、例えば、画像取得時における対物レンズ２２の焦点面である。

以上のように構成された顕微鏡システム１００では、顕微鏡装置１０は、スキャナ２６を用いてレーザー光で対物レンズ２２の光軸と直交する方向にサンプルＳを走査して、サンプルＳの各位置からの蛍光をＰＭＴ２８で検出する。さらに、ＰＭＴ２８からの信号を変換したデジタル信号（輝度信号）を二次元にマッピングすることで顕微鏡画像の画像データを生成し、生成した画像データを制御装置４０へ出力する。

次に、補正環２３の設定を調整する方法について説明する。図４は、表示装置５０に表示される画面の一例を示した図である。画面２００は、顕微鏡システム１００の種々の設定を変更するための設定画面であり、補正環設定領域２１０、画像取得条件設定領域２５０、画像表示領域２８０、コントラスト表示領域２９０を備えている。

補正環設定領域２１０は、補正環２３の設定に関する領域であり、自動設定領域２２０と手動設定領域２３０と記録表示領域２４０を含んでいる。自動設定領域２２０は、補正環２３の設定を自動で調整する際に操作する領域である。手動設定領域２３０は、補正環２３の設定を手動で調整する際に操作する領域である。記録表示領域２４０は、自動又は手動調整で得られた補正環２３の設定情報に基づいて生成された、観察対象面の位置と補正環２３の推奨設定の関係、つまり、観察深さに応じた補正環２３の推奨設定を表示する領域である。

画像取得条件設定領域２５０は、顕微鏡画像を取得する条件を設定するための領域であり、明るさ設定領域２６０と明るさ以外設定領域２７０を含んでいる。明るさ設定領域２６０は、顕微鏡画像の明るさを調整する際に操作する領域である。明るさ以外設定領域２７０は、明るさ以外の画像取得条件、具体的には、フレームレート、ズーム倍率、画素サイズ（ビニング）などを調整する際に操作する領域である。

画像表示領域２８０は、顕微鏡画像を表示する領域であり、ライブ画像表示領域２８１と、ツールバー２８２を含んでいる。ライブ画像表示領域２８１には、顕微鏡装置１０が取得した顕微鏡画像が一定の時間間隔で更新を繰り返しながら継続的に表示される。ツールバー２８２には、ライブ画像表示領域２８１に表示された顕微鏡画像上で関心領域（ＲＯＩ）を指定するツール、顕微鏡画像の表示倍率を変更するズームボタン等が、配置されている。

コントラスト表示領域２９０は、画像評価値の一例である画像のコントラストを表示する領域であり、タブで切り替えて表示される第１表示領域２９１と第２表示領域２９２を含んでいる。第１表示領域２９１は、顕微鏡装置１０で取得した顕微鏡画像のコントラストと画像取得時の補正環２３の位置とを表示する領域である。第２表示領域２９２は、時間の経過に伴うコントラストの変化を表示する領域である。

画像評価値とは、顕微鏡画像の画像データから算出される球面収差と相関のある値である。画像評価値の一例であるコントラストは、画像に含まれる画素値の差分に基づいて算出される。具体的には、例えば、ｘ方向にｎ画素分ずれた位置にある２つの画素の画素値の差分の２乗を、画像データ全体で積算することでコントラストを算出する方法などが知られている。なお、画像評価値は、顕微鏡画像のコントラストに限られず、顕微鏡画像の明るさ（例えば、平均輝度など）であってもよい。コントラストと明るさはいずれも、球面収差と強い相関を有していて、球面収差が補正されるほど高くなる。

図５は、自動調整処理のフローチャートである。図６は、推奨位置の推定方法について説明するための図である。顕微鏡利用者が自動設定領域２２０にあるボタン２２２を押下すると、顕微鏡システム１００は、図５に示す自動調整処理を開始する。

まず、制御装置４０は、補正環２３の位置を変更する（ステップＳ１）。ここでは、制御装置４０が、例えば、補正環２３の可動範囲を均等に分割した予め決められた数（ここでは８）の位置（以降、候補位置と記す）から１つの候補位置を選択し、選択した候補位置に補正環２３の位置が変更されるように補正環駆動装置３１を制御する。

なお、候補位置の数は、例えば、自動設定領域２２０のスライダ２２１の位置に応じて決定されてもよい。例えば、スライダ２２１の位置が高速に近いほど候補位置の数を少なくしても良い。

次に、顕微鏡装置１０は、顕微鏡画像を取得し（ステップＳ２）、制御装置４０は、その顕微鏡画像の画像評価値を算出する（ステップＳ３）。ここでは、制御装置４０は、画像評価値であるコントラストを算出する。

その後、制御装置４０は、画像取得を終了するか否か判定する（ステップＳ４）。ここでは、制御装置４０は、全ての候補位置で顕微鏡画像を取得済みか否かを判定し、全ての候補位置で顕微鏡画像を取得済みでなければ、ステップＳ１からステップＳ３の処理を繰り返す。

全ての候補位置で顕微鏡画像を取得すると、制御装置４０は、最大評価値と補正環２３の推奨位置を推定する（ステップＳ５）。ここでは、制御装置４０は、例えば、ステップＳ３で算出した複数の画像評価値の最大値を、現在の観察対象面の位置における最大評価値と推定し、最大評価値が算出された顕微鏡画像を取得したときの補正環２３の位置を推奨位置と推定してもよい。又は、制御装置４０は、例えば、図６に示すように、ステップＳ３で算出した複数の画像評価値と複数の画像評価値に対応する補正環２３の位置とで特定される複数点（図６における測定データ）から３点以上を選択し、それら選択した点を補間又は関数近似することにより補正環２３の位置と画像評価値の関数を算出してもよい。そして、算出した関数のピーク位置（図６におけるピーク）を、現在の観察対象面の位置における最大評価値と推奨位置として推定しても良い。

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。

推奨位置が推定されると、制御装置４０は、補正環駆動装置３１を制御して、補正環２３の位置を推奨位置に変更する（ステップＳ６）。最後に、制御装置４０は、ステップＳ５で推定された補正環２３の推奨位置と現在の観察対象面の位置を記録し（ステップＳ７）、自動調整処理を終了する。ここでは、制御装置４０は、推奨位置と観察対象面の位置をストレージ４３に記録し、さらに、記録した情報に基づいて、推奨位置と観察対象面の位置の関係を示すグラフ２４１及び表２４２を更新する。

顕微鏡システム１００が図５に示す自動調整処理を行うことで、補正環２３の設定を自動化することができる。このため、顕微鏡利用者は観察対象面の位置に応じた補正環２３の設定を容易に実現することができる。

図７は、手動調整処理のフローチャートである。図８は、第１表示領域の表示の変化の一例を示した図である。図９は、第１表示領域の表示の変化の別の例を示した図である。図１０は、第１表示領域の表示の変化の更に別の例を示した図である。顕微鏡利用者が手動設定領域２３０にあるボタン２３２を押下すると、顕微鏡システム１００は、図７に示す手動調整処理を開始する。

まず、制御装置４０は、顕微鏡システム１００の一部の機能を制限する（ステップＳ１１）。ここでは、制御装置４０は、例えば、明るさ以外設定領域２７０を無効化して、スライダ２７１、スライダ２７２、リストボックス２７３を操作不能にする。これにより、フレームレート、ズーム倍率、画素サイズ等の変更を防止する。また、レボルバ駆動装置３２による観察対象面の位置の変更も禁止する。さらに、コントラスト表示領域２９０に過去の情報が表示されている場合には、それらの情報を消去して、コントラスト表示領域２９０の表示を初期化する。

次に、制御装置４０は、ライブ画像の表示を開始する（ステップＳ１２）。ここでは、制御装置４０は、顕微鏡装置１０が取得した顕微鏡画像がライブ画像表示領域２８１に表示されるように、表示装置５０を制御する。

さらに、顕微鏡装置１０は、顕微鏡画像を取得し（ステップＳ１３）、制御装置４０は、顕微鏡装置１０が取得した顕微鏡画像の画像評価値を算出する（ステップＳ１４）。ここでは、制御装置４０は、画像評価値であるコントラストを算出する。

なお、顕微鏡利用者がキーボード６０を操作してライブ画像表示領域２８１上で関心領域を指定した場合には、ステップＳ１４では、制御装置４０は、顕微鏡画像のうちの指定された関心領域に対応する部分に基づいて画像評価値（コントラスト）を算出する。

画像評価値が算出されると、制御装置４０は、第１表示領域２９１の表示を更新する（ステップＳ１５）。ここでは、制御装置４０は、表示装置５０に、ステップＳ１４で算出した顕微鏡画像のコントラストとその顕微鏡画像を取得したときの補正環２３の設定情報（位置情報）を、第１表示領域２９１へ表示させる。

なお、第１表示領域２９１に既に情報が表示されている状態で顕微鏡装置１０が新たな顕微鏡画像を取得したときには、既に表示されている画像評価値と設定情報に加えて、新たな顕微鏡画像の画像評価値と新たな顕微鏡画像を取得したときの補正環２３の設定情報とを表示装置５０に表示させる。即ち、顕微鏡画像を取得する毎に情報を追加で表示させる。

ステップＳ１５では、顕微鏡画像のコントラストと補正環２３の設定情報は、第１表示領域２９１にグラフ形式で表示されることが望ましい。例えば、制御装置４０は、図４に示すように、縦軸がコントラストＣを示し横軸が補正環の位置θを示す第１表示領域２９１中の二次元領域上に、顕微鏡画像のコントラストと補正環２３の設定情報を示すポイントＰｃをプロットしてもよい。制御装置４０は、このような方法により、顕微鏡画像のコントラストと補正環２３の設定情報を、表示装置５０にグラフ形式で表示させてもよい。さらに、補正環２３の現在の設定を示す情報をグラフ形式の表示内に表示させてもよい。例えば、図４に示すように、補正環２３の現在の設定に対応する位置に補助線２９１ｂを表示してもよい。

制御装置４０は、補正環２３の回転の有無を判定する（ステップＳ１６）。ここでは、制御装置４０は、例えば、手動設定領域２３０のスライダ２３１が操作されたか否かに基づいて、補正環２３の回転の有無を判定する。

補正環２３が回転したときには、制御装置４０は、補正環２３の回転量に応じて焦準装置を制御する（ステップＳ１７、ステップＳ１８）。ここでは、制御装置４０は、まず、補正環２３の回転により生じる対物レンズ２２の焦点面の移動量を算出する（ステップＳ１７）。具体的には、予め対物レンズ毎に記録されている単位補正量（μm／deg）をストレージ４３から読み出して、対物レンズ２２に対応する単位補正量に補正環２３の回転量を掛けることで焦点面の移動量を算出する。単位補正量は、補正環の回転量当たり焦点面の移動量を示している。その後、制御装置４０は、焦点面の位置の変化を相殺するように、ステップＳ１７で算出した移動量に基づいてレボルバ２４を制御する（ステップＳ１８）。

制御装置４０は、補正環２３の現在の設定を示す情報を更新する（ステップＳ１９）。ここでは、制御装置４０は、第１表示領域２９１に表示されている補助線２９１ｂが回転後の補正環２３の位置を示すように、第１表示領域２９１内で補助線２９１ｂの表示位置を変更する。

制御装置４０は、明るさが変更されたか否かを判定する（ステップＳ２０）。ここでは、制御装置４０は、例えば、明るさ設定領域２６０のスライダ２６１又はスライダ２６２の少なくとも一方が操作されたか否かに基づいて、明るさが変更されたか否かを判定する。そして、明るさが変更されたときには、制御装置４０は、第１表示領域２９１に表示されている情報を消去して、第１表示領域２９１の表示を初期化する（ステップＳ２１）。

その後、制御装置４０は、手動調整処理を終了するか否か判定する（ステップＳ２２）。ここでは、制御装置４０は、例えば、顕微鏡利用者から終了指示が入力されたときに、手動調整処理を終了すると判定する。

制御装置４０は、終了指示が顕微鏡利用者により入力されるまで、ステップＳ１３からステップＳ２２を繰り返す。そして、終了指示が入力されると、制御装置４０は、ステップＳ１１で行った機能制限を解除し（ステップＳ２３）、ライブ画像の表示を終了して（ステップＳ２４）、手動調整処理を終了する。なお、手動調整処理中にボタン２３３が押下された場合には、制御装置４０は、ボタン２３３が押下された時点の補正環２３の位置と観察対象面の位置を記録してもよい。その場合、制御装置４０は、記録した情報に基づいて、推奨位置と観察対象面の位置の関係を示すグラフ２４１及び表２４２を更新してもよい。なお、ボタン２３３の押下に応じて行われる記録処理は、手動調整処理中に限らず、手動調整処理終了後であっても実行される。

顕微鏡システム１００が図７に示す手動調整処理を行うことで、新たな顕微鏡画像を取得したときに、新たな顕微鏡画像に基づいて算出された画像評価値と設定情報が第１表示領域２９１に追加表示される。

このため、手動調整処理中に補正環２３の位置を変更することなく補正環２３の位置を所定の位置に維持することで、顕微鏡利用者は、第１表示領域２９１に表示された情報に基づいて、サンプルＳ自身の明滅等に依存して変化するコントラストのばらつきを把握することができる。具体的には、顕微鏡装置１０が顕微鏡画像を取得する度に、コントラストが算出されて、算出されたコントラストを示す補助線２９１ｂ上の位置に点が追加される。これにより、例えば、図８（ａ）から図８（ｃ）に示すように表示が変化し、ある程度時間が経過した後には、補助線２９１ｂ上に多数の点がプロットされることになる。このため、顕微鏡利用者は、補助線２９１ｂ上の点の分布状態からコントラストのばらつきを容易に把握することができる。

なお、第１表示領域２９１では、最新のポイントＰｃは白丸で示し、既存のポイントＰｐは黒丸で示されている。より詳細には、新たな点がプロットされる度に既存の１点を白丸から黒丸に変更する処理が行われる。

さらに、手動調整処理中に補正環２３の位置を変更することで、顕微鏡利用者は、コントラストのばらつきに加えて、球面収差が良好に補正される補正環２３の位置も把握することができる。具体的には、例えば、補正環２３の位置を可動範囲内で何度か往復して移動させることで、図９（ａ）から図９（ｃ）に示すように表示が変化する。これにより、補正環２３の設定情報（位置情報）とコントラストの関係がコントラストのばらつきを含む形で第１表示領域２９１に表示される。このため、顕微鏡利用者は、コントラストのばらつきを考慮しながら、補正環２３の設定情報とコントラストの関係を正しく把握することが可能となる。従って、顕微鏡利用者は、現在の観察対象面の位置における補正環２３の推奨位置を正しく把握することができる。

以上のように、顕微鏡システム１００では、球面収差と相関のある定量的なデータ（画像評価値）が表示装置５０に表示される。また、そのデータ（画像評価値）のばらつきについても表示装置５０に表示された情報から視覚的に把握することができる。このため、球面収差を補正する補正環２３の設定を容易に且つ正しく評価することができる。

なお、図８及び図９では、画像評価値であるコントラストと補正環２３の設定情報との関係を示す散布図を第１表示領域２９１に表示する例が示されている。散布図のようにグラフ形式で情報を表示することで、顕微鏡利用者は、より容易にコントラストのばらつきを把握することができる。このため、顕微鏡利用者は、補正環２３の設定をより容易に正しく評価することができる。

また、図８及び図９では、補正環２３の現在の設定を示す補助線２９１ｂをグラフ形式の表示内に表示する例が示されている。補助線２９１ｂのように補正環２３の現在の位置を示す情報を表示することで、顕微鏡利用者は、目標とする補正環２３の位置が現在の位置からどちらの方向にあるのか容易に把握することができる。このため、手動調整処理中に顕微鏡利用者が行う補正環２３の調整作業が容易になる。

また、顕微鏡システム１００では、関心領域が設定されることで、制御装置４０は、顕微鏡画像のうちの関心領域に対応する部分に基づいて画像評価値（コントラスト）を算出する。これにより、顕微鏡利用者は、関心領域のコントラストに基づいて補正環２３の設定を評価することができる。このため、顕微鏡画像が取得される視野範囲内に屈折率の異なる領域が含まれている場合であっても、関心領域を良好に観察できる補正環２３の推奨位置を正しく把握することができる。

また、制御装置４０は、図１０に示すように、散布図に加えて、コントラストと補正環２３の設定情報の関係を示す近似曲線２９１ｃを表示装置５０に表示させてもよい。近似曲線２９１ｃは、例えば最小二乗法など、任意の近似法により算出される。また、ラグランジュ補間、スプライン補間などの任意の補間法を用いて算出されてもよい。近似曲線２９１ｃは、新たな顕微鏡画像が取得される度に、又は、コントラストが算出される度に算出されてもよく、制御装置４０は、図１０（ａ）から図１０（ｃ）に示すように、散布図の表示の更新とともに近似曲線２９１ｃの表示を更新してもよい。近似曲線２９１ｃを表示することで、顕微鏡利用者は、現在の観察対象面の位置における補正環２３の推奨位置をさらに容易に把握することが可能となる。

また、顕微鏡システム１００では、補正環２３の設定が変更されたときに、制御装置４０が焦準装置であるレボルバ２４を自動的に制御して焦点面の変動を抑制する。これにより、顕微鏡利用者が特別な作業を行うことなしに、観察対象面の位置ずれに起因する画像評価値の変動を抑えることができる。このため、球面収差を補正する補正環２３の設定をより容易に且つより正しく評価することが可能となる。

また、顕微鏡システム１００では、制御装置４０は、明るさの設定が変更されたときに、第１表示領域２９１に表示されている情報を消去して、第１表示領域２９１の表示を初期化する。これにより、異なる明るさ設定で取得された顕微鏡画像から算出されたコントラストに基づいて、顕微鏡利用者が補正環２３の推奨位置を誤って把握してしまうことを防止することができる。

以上では、第１表示領域２９１に表示されるコントラストについての情報を参照しながら、補正環２３の設定を手動調整する例を示したが、顕微鏡利用者は、補正環２３の設定を調整する前に、明るさの調整を行ってもよい。明るさを適切に調整することで、顕微鏡画像のＳ／Ｎ比が改善されて、コントラストのばらつきを抑えることができるからである。

明るさ調整を行う場合には、まず、第２表示領域２９２がコントラスト表示領域２９０に表示されるようにタブを操作する。これにより、制御装置４０は、時間の経過に伴うコントラストの変化を表示装置５０の第２表示領域２９２にグラフ形式で表示させる。その後、顕微鏡利用者は、補正環２３の位置を維持したまま、スライダ２６１又はスライダ２６２を操作して画像の明るさを徐々に上げる。これにより、第２表示領域２９２では、例えば、図１１（ａ）から図１１（ｃ）に示すように表示が変化する。

コントラストは、一般的には顕微鏡画像が明るくなるほど高くなるが、サチレーションが発生すると画素間の輝度差が小さく見積もられ、コントラストが小さくなる。従って、第２表示領域２９２の表示を確認することで、顕微鏡利用者は、図１１（ｃ）が表示されているときの明るさ設定ではサチレーションが発生し、図１１（ｂ）が表示されているときの明るさ設定が最もコントラストが高くＳ／Ｎ比が高い明るさ設定であると把握することができる。

このように、制御装置４０が時間の経過に伴うコントラストの変化を表示装置５０に表示させることで、顕微鏡利用者は、補正環２３の設定に適した明るさ設定を容易に見つけることができる。このため、補正環２３の設定を更に容易に且つ正しく評価することができる。

上述した実施形態は、発明の理解を容易にするための具体例を示したものであり、本発明の実施形態はこれらに限定されるものではない。顕微鏡システム、制御方法、及び、プログラムは、特許請求の範囲の記載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。

上述した実施形態では、補正装置として補正環２３を例示したが、補正装置は補正環２３に限らない。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、顕微鏡装置１０の光学系を構成するレンズを移動させる装置であってもよく、また、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、補正装置は、制御装置４０によって制御されるものに限られない。例えば、電動補正環である補正環２３の代わりに、手動で操作する補正環と補正環の位置を検出するセンサが補正装置として機能しても良い。この場合、センサから出力された補正環の位置情報に基づいて制御装置４０がコントラスト表示領域２９０の表示を制御する。

上述した実施形態では、関心領域を指定することで、制御装置４０が顕微鏡画像のうちの指定された関心領域に対応する部分に基づいて画像評価値（コントラスト）を算出する例を示したが、顕微鏡装置１０がサンプルＳを撮像する領域を、関心領域に限定してもよい。即ち、顕微鏡利用者が撮像領域自体を指定してもよい。

上述した実施形態では、制御装置４０が、図７に示す手動調整処理中に、補正環２３の回転によって生じる焦点面の変動を抑制するために焦準装置を制御する例を示したが、制御装置４０は、図７に示す手動調整処理中に加えて、図５に示す自動調整処理中に、同様の制御を実行しても良い。

上述した実施形態では、図７に示す手動調整処理中にコントラスト表示領域２９０の表示を更新する例を示したが、手動調整処理中に加えて、自動調整処理中にもコントラスト表示領域２９０の表示が更新されてもよい。自動調整処理中にコントラスト表示領域２９０の表示が更新されることで、自動調整処理中のコントラストのばらつきを視認することが可能となる。このため、自動調整処理による調整結果の確実性や信頼性を推測することができる。

上述した実施形態では、顕微鏡装置１０が顕微鏡画像を取得する度に画像評価値を算出する例を示したが、画像評価値を算出するタイミングは、特に限定しない。例えば、所定枚数の顕微鏡画像を取得する度に画像評価値を算出してもよい。

１０・・・顕微鏡装置、２０・・・顕微鏡、２１・・・ステージ、２１ａ・・・試料台、２２・・・対物レンズ、２３・・・補正環、２４・・・レボルバ、２５・・・レーザー、２６・・・スキャナ、２７・・・ミラー、２８・・・ＰＭＴ、２９・・・Ａ／Ｄコンバータ、３０・・・駆動装置、３１・・・補正環駆動装置、３２・・・レボルバ駆動装置、４０・・・制御装置、４１・・・プロセッサ、４２・・・メモリ、４３・・・ストレージ、４４・・・インタフェース装置、４５・・・可搬記録媒体駆動装置、４６・・・可搬記憶媒体、４７・・・バス、５０・・・表示装置、６０・・・キーボード、７０・・・レボルバ操作装置、１００・・・顕微鏡システム、２００・・・画面、２１０・・・補正環設定領域、２２０・・・自動設定領域、２２１、２３１、２６１、２６２、２７１、２７２・・・スライダ、２２２、２３２、２３３・・・ボタン、２３０・・・手動設定領域、２４０・・・記録表示領域、２４１・・・グラフ、２４２・・・表、２５０・・・画像取得条件設定領域、２６０・・・明るさ設定領域、２７０・・・明るさ以外設定領域、２７３・・・リストボックス、２８０・・・画像表示領域、２８１・・・ライブ画像表示領域、２８２・・・ツールバー、２９０・・・コントラスト表示領域、２９１・・・第１表示領域、２９１ｂ・・・補助線、２９１ｃ・・・近似曲線、２９２・・・第２表示領域、ＣＧ・・・カバーガラス、Ｐｃ、Ｐｐ・・・ポイント、ＲＬ１、ＲＬ２・・・リレーレンズ、Ｓ・・・サンプル

Claims (15)

1. 球面収差を補正する補正装置を含み、顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置と、
   前記顕微鏡画像の画像評価値と当該顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報との関係を示す散布図を、表示装置に表示させる制御装置と、を備え、
   前記制御装置は、前記顕微鏡装置が新たな顕微鏡画像を取得したときに、
   前記表示装置に既に表示されている前記散布図内に、前記新たな顕微鏡画像の画像評価値と当該新たな顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報とを示す点を、前記表示装置に追加で表示させ、
   前記顕微鏡装置が同一の観察対象面の顕微鏡画像を前記補正装置の同一の設定で複数回取得した場合に、前記散布図は、前記同一の観察対象面における前記同一の設定での前記画像評価値のばらつきを示す
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
2. 請求項１に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記画像評価値のばらつきは、前記散布図内に表示される同一の前記設定情報を示す少なくとも２点により示される
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
3. 請求項２に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記画像評価値のばらつきは、少なくとも２つ以上の前記設定情報の値で取得される
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
4. 請求項３に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記散布図とともに、前記画像評価値と前記設定情報とから算出した近似曲線を、前記表示装置に表示させる
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記補正装置は、対物レンズの補正環を含み、
   前記顕微鏡装置は、
   観察対象物を載置するステージと、
   前記ステージと前記対物レンズとの距離を変更する焦準装置と、を含み、
   前記制御装置は、前記補正環が回転したときに、前記補正環の回転量に応じて前記焦準装置を制御する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
6. 請求項５に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記補正環が回転したときに、
   前記補正環の回転により生じる前記対物レンズの焦点面の移動量を算出し、
   前記算出した移動量に基づいて、前記補正環の回転により生じる前記対物レンズの焦点面の位置の変化を相殺するように、前記焦準装置を制御する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記表示装置に、前記補正装置の現在の設定を示す情報を前記散布図内に表示させる
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
8. 請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、時間の経過に伴う前記画像評価値の変化を前記表示装置にグラフ形式で表示させる
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
9. 請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
   前記制御装置は、前記画像評価値である前記顕微鏡画像の明るさ又はコントラストを算出する
   ことを特徴とする顕微鏡システム。
10. 請求項９に記載の顕微鏡システムにおいて、さらに、
    関心領域を指定するための入力装置を備え、
    前記制御装置は、前記顕微鏡画像のうちの前記関心領域に対応する部分に基づいて、前記画像評価値を算出する
    ことを特徴とする顕微鏡システム。
11. 請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の顕微鏡システムにおいて、
    前記顕微鏡画像は、明滅する成分を含むサンプルの画像である
    ことを特徴とする顕微鏡システム。
12. 顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置と表示装置を制御する制御装置とを備える顕微鏡システムの制御方法であって、
    球面収差を補正する補正装置を含む前記顕微鏡装置が、新たな顕微鏡画像を取得し、
    前記制御装置が、前記表示装置に既に表示されている散布図であって、顕微鏡画像の画像評価値と当該顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報との関係を示す散布図内に、前記新たな顕微鏡画像の画像評価値と当該新たな顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報とを示す点を、前記表示装置に追加で表示させ、
    前記顕微鏡装置が同一の観察対象面の顕微鏡画像を前記補正装置の同一の設定で複数回取得した場合に、前記散布図は、前記同一の観察対象面における前記同一の設定での前記画像評価値のばらつきを示す
    ことを特徴とする制御方法。
13. 請求項１２に記載の制御方法において、
    前記顕微鏡画像は、明滅する成分を含むサンプルの画像である
    ことを特徴とする制御方法。
14. 顕微鏡画像を取得する顕微鏡装置を備える顕微鏡システムの制御装置に、
    球面収差を補正する補正装置を含む前記顕微鏡装置が、新たな顕微鏡画像を取得した場合に、表示装置に既に表示されている散布図であって、顕微鏡画像の画像評価値と当該顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報との関係を示す散布図内に、前記新たな顕微鏡画像の画像評価値と当該新たな顕微鏡画像を取得したときの前記補正装置の設定情報とを示す点を、前記表示装置に追加で表示させ、
    前記顕微鏡装置が同一の観察対象面の顕微鏡画像を前記補正装置の同一の設定で複数回取得した場合に、前記散布図は、前記同一の観察対象面における前記同一の設定での前記画像評価値のばらつきを示す
    処理を実行させることを特徴とするプログラム。
15. 請求項１４に記載のプログラムにおいて、
    前記顕微鏡画像は、明滅する成分を含むサンプルの画像である
    ことを特徴とするプログラム。

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