JP7237202B2 - 制御装置、制御装置の作動方法、制御装置の作動プログラム - Google Patents

Description

本開示の技術は、制御装置、制御装置の作動方法、制御装置の作動プログラムに関する。

デジタルホログラフィでは、光源から観察対象物体に照明光を照射する。そして、観察対象物体によって回折された照明光である回折光と、観察対象物体を経ない照明光である参照光との干渉縞を撮像素子で撮像することで、撮像素子から干渉縞画像を出力させる。干渉縞画像は、照明光の照射方向に沿う観察対象物体の厚み方向の情報を含んでいる。このため、干渉縞画像に対して適当な演算処理を施すことで、観察対象物体の任意の断層面を表す再構成画像を得ることができる。

特表２０１４－５０７６４５号公報には、撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像を生成し、超解像干渉縞画像から再構成画像を生成する技術が記載されている。具体的には、特表２０１４－５０７６４５号公報では、照射角度が異なる複数の照射位置から照明光を照射させ、複数の照射位置毎に干渉縞画像を出力させている。そして、各照射位置における複数枚の干渉縞画像に基づいて、超解像干渉縞画像を生成している。

特表２０１４－５０７６４５号公報では、複数の照射位置の全てから照明光を照射させ、その都度干渉縞画像を出力させている。しかしながら、観察対象物体の位置によっては、複数の照射位置に対応する複数枚の干渉縞画像の中に、超解像化への寄与度がほとんどなく、省略しても問題ない干渉縞画像が存在する場合がある。この場合、超解像化への寄与度がほとんどない干渉縞画像を撮像する処理が無駄になる。

本開示の技術は、撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像を、無駄な手間を掛けることなく得ることが可能な制御装置、制御装置の作動方法、制御装置の作動プログラムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本開示の制御装置は、光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置であって、光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、撮像素子は、観察対象物体によって回折された照明光である回折光と、観察対象物体を経ない照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得部と、位置情報で示される観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の照射位置の中から設定する設定部と、光源の動作を制御することにより、必要照射位置から照明光を照射させる光源制御部と、必要照射位置毎に、撮像素子から干渉縞画像を出力させる撮像制御部と、を備える。

光源は、複数の照明光の発光部が複数の照射位置に並べられた構成を有し、光源制御部は、必要照射位置に対応する発光部から照明光を照射させることが好ましい。

光源は、照明光の発光部を少なくとも１つと、発光部の移動機構とを有し、光源制御部は、移動機構によって発光部を必要照射位置に移動させつつ、発光部から照明光を照射させることが好ましい。

取得部は、複数の照射位置のうちの予め設定された１つの基準照射位置から照明光を照射して得られた干渉縞画像である基準干渉縞画像、または観察対象物体の任意の断層面を表す再構成画像であり、基準干渉縞画像を元に生成された再構成画像である基準再構成画像から、観察対象物体の位置を検出することで、位置情報を取得することが好ましい。

複数の照射位置のうちの予め設定された１つの基準照射位置から照明光を照射して得られた干渉縞画像である基準干渉縞画像の表示画面、または観察対象物体の任意の断層面を表す再構成画像であり、基準干渉縞画像を元に生成された再構成画像である基準再構成画像の表示画面を表示する制御を行う表示制御部を備え、取得部は、表示画面上での観察対象物体の位置の指定を受け付けることで、位置情報を取得することが好ましい。

取得部は、位置情報に加えて、観察対象物体のサイズを示すサイズ情報を取得し、設定部は、サイズ情報に応じて、必要照射位置の数を変更することが好ましい。

観察対象物体が複数存在し、かつ必要照射位置が複数の観察対象物体の間で重複する場合、光源制御部は、重複する必要照射位置から一度だけ照明光を照射させることが好ましい。

観察対象物体は培養中の細胞であることが好ましい。

照明光はコヒーレント光であることが好ましい。

本開示の制御装置の作動方法は、光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置の作動方法であって、光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、撮像素子は、観察対象物体によって回折された照明光である回折光と、観察対象物体を経ない照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得ステップと、位置情報で示される観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の照射位置の中から設定する設定ステップと、光源の動作を制御することにより、必要照射位置から照明光を照射させる光源制御ステップと、必要照射位置毎に、撮像素子から干渉縞画像を出力させる撮像制御ステップと、を備える。

本開示の制御装置の作動プログラムは、光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置の作動プログラムであって、光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、撮像素子は、観察対象物体によって回折された照明光である回折光と、観察対象物体を経ない照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得部と、位置情報で示される観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の照射位置の中から設定する設定部と、光源の動作を制御することにより、必要照射位置から照明光を照射させる光源制御部と、必要照射位置毎に、撮像素子から干渉縞画像を出力させる撮像制御部として、コンピュータを機能させる。

本開示の技術によれば、撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像を、無駄な手間を掛けることなく得ることが可能な制御装置、制御装置の作動方法、制御装置の作動プログラムを提供することができる。

デジタルホログラフィシステムを示す図である。 撮像装置を示す図である。 観察領域を示す図である。 撮像素子の撮像面付近における回折光および透過光の様子、並びに干渉縞画像を示す図である。 干渉縞の成り立ちを説明するための図であり、図５Ａは干渉縞の明部の成り立ち、図５Ｂは干渉縞の暗部の成り立ちをそれぞれ示す。 光源を示す斜視図である。 発光部の設置位置と照射位置を示す図である。 超解像干渉縞画像の生成原理を概念的に示す図であり、図８Ａはある発光部からコヒーレント光が照射された場合、図８Ｂは、図８Ａの発光部とＸ方向で隣接する発光部からコヒーレント光が照射された場合をそれぞれ示す。 超解像干渉縞画像の生成原理を概念的に示す図である。 撮像装置のＣＰＵの処理部を示すブロック図である。 中心に位置する１つの照射位置の発光部からコヒーレント光を照射して、基準干渉縞画像を得る様子を示す図である。 取得部において細胞の位置を検出する様子を示す図である。 干渉縞画像の領域と照射位置との対応関係を示す図である。 必要照射位置テーブルを示す図である。 干渉縞の中心点が位置する領域と、設定部により設定される必要照射位置の例を示す図である。 干渉縞の中心点が位置する領域と、設定部により設定される必要照射位置の例を示す斜視図である。 干渉縞の中心点が位置する領域と、設定部により設定される必要照射位置の例を示す図である。 干渉縞の中心点が位置する領域と、設定部により設定される必要照射位置の例を示す斜視図である。 干渉縞の中心点が位置する領域と、設定部により設定される必要照射位置の例を示す図である。 干渉縞の中心点が位置する領域と、設定部により設定される必要照射位置の例を示す斜視図である。 情報処理装置を構成するコンピュータを示すブロック図である。 情報処理装置のＣＰＵの処理部を示すブロック図である。 超解像処理部を示す図である。 位置合わせ処理部による位置合わせ処理の詳細を示す図である。 再構成処理部による再構成処理の詳細を示す図である。 生成部による演算処理の概要を示す図である。 再構成画像表示画面を示す図である。 撮像装置の処理手順を示すフローチャートである。 情報処理装置の処理手順を示すフローチャートである。 基準再構成画像から細胞の位置を検出する態様を示す図である。 基準再構成画像から細胞の位置を検出する別の態様を示す図である。 基準干渉縞画像表示画面を表示し、基準干渉縞画像表示画面上において細胞の位置を指定させる態様を示す図である。 基準干渉縞画像表示画面を示す図である。 基準再構成画像表示画面を表示し、基準再構成画像表示画面上において細胞の位置を指定させる態様を示す図である。 基準再構成画像表示画面を示す図である。 細胞のサイズを示すサイズ情報に応じて、必要照射位置の数を変更する第３実施形態を示す図である。 第３実施形態の必要照射位置の具体例を示す図であり、図３７Ａは細胞のサイズが大であった場合、図３７Ｂは細胞のサイズが中であった場合、図３７Ｃは細胞のサイズが小であった場合をそれぞれ示す。 第４実施形態の光源を示す平面図である。 光源の別の例を示す図である。 光源のさらに別の例を示す図である。

［第１実施形態］
図１において、デジタルホログラフィシステム２は、撮像装置１０と情報処理装置１１とで構成される。撮像装置１０と情報処理装置１１とは電気的に接続されており、相互にデータの遣り取りが可能である。撮像装置１０には細胞１２の培養容器１３が導入される。細胞１２は、本開示の技術に係る「観察対象物体」の一例である。情報処理装置１１は、例えばデスクトップ型のパーソナルコンピュータである。

図２において、撮像装置１０は、光源２０、ステージ２１、および撮像素子２２を備えている。光源２０は、ステージ２１上に載置された培養容器１３に向けてコヒーレント光２３を出射する。コヒーレント光２３は、細胞１２および培養容器１３に入射する。より詳しくは図３に示すように、コヒーレント光２３は、培養容器１３の中央付近の一部領域である観察領域２５の全域に照射される。観察領域２５は、例えば、１ｍｍ×１ｍｍのサイズを有する。コヒーレント光２３は、本開示の技術に係る「照明光」の一例である。なお、Ｚ方向は、コヒーレント光２３の照射方向である。Ｘ方向およびＹ方向は、Ｚ方向に直交し、撮像素子２２の撮像面３２（図４参照）と平行な方向である。また、Ｘ方向およびＹ方向は、互いに直交し、撮像素子２２の画素４５（図８参照）の配列方向に沿う方向である。

図４に示すように、細胞１２および培養容器１３に入射したコヒーレント光２３は、細胞１２および培養容器１３によって回折された回折光３０と、細胞１２および培養容器１３を経ずに透過した透過光３１とに分かれる。回折光３０と透過光３１とは、撮像素子２２の撮像面３２上で干渉し、干渉縞３３を生じる。撮像素子２２は、この干渉縞３３を撮像し、干渉縞画像３４を出力する。透過光３１は、本開示の技術に係る「参照光」の一例である。

図５にも示すように、回折光３０および透過光３１を表す線のうち、実線は回折光３０および透過光３１の最大振幅の波面を示す。対して破線は回折光３０および透過光３１の最小振幅の波面を示す。撮像面３２上に示す白点３５は、回折光３０および透過光３１の波面が揃って強め合う部分である（図５Ａ参照）。この白点３５の部分は、干渉縞３３においては明部３６として現れる。対して、撮像面３２上に示す黒点３７は、回折光３０および透過光３１の波面が半波長分ずれて弱め合う部分である（図５Ｂ参照）。この黒点３７の部分は、干渉縞３３においては暗部３８として現れる。

図６に示すように、光源２０は直方体状の筐体４０を有する。筐体４０のステージ２１と対向する面には、５×５＝２５個の発光部４１が、Ｘ方向およびＹ方向に等間隔で配列されている。発光部４１は、それぞれ個別にコヒーレント光２３を発する。こうした複数の発光部４１が並べられた構成の光源２０としては、例えば、垂直共振器面発光型半導体レーザーアレイ素子（ＶＣＳＥＬ；Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）が挙げられる。なお、発光部４１は、数μｍオーダーのサイズを有する。

図７に示すように、ＩＰ１１、ＩＰ１２、・・・、ＩＰ５４、およびＩＰ５５といった、各発光部４１の設置位置は、照射角度が異なる複数のコヒーレント光２３の照射位置である。こうした複数の発光部４１が複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５に並べられた構成を有する光源２０を用いることで、撮像素子２２の解像度を超える超解像干渉縞画像１０４（図２２等参照）を生成することができる。なお、「照射角度が異なる」とは、撮像素子２２の撮像面３２への、コヒーレント光２３の入射角度が異なるという意である。また、図７は、撮像素子２２の側から光源２０を見た図である。

図８および図９は、超解像干渉縞画像１０４の生成原理を概念的に示す図である。まず図８において、図８Ａは、ある発光部４１Ａからコヒーレント光２３が照射された場合、図８Ｂは、発光部４１ＡとＸ方向で隣接する発光部４１Ｂからコヒーレント光２３が照射された場合をそれぞれ示す。発光部４１Ａからのコヒーレント光２３の細胞１２への入射角度と、発光部４１Ｂからのコヒーレント光２３の細胞１２への入射角度とは異なる。このため、撮像素子２２の画素４５で得られる、細胞１２による干渉縞３３の情報も異なる。したがって、図８Ａの場合と図８Ｂの場合とで、それぞれ異なる画素値の干渉縞画像３４Ａおよび３４Ｂが得られる。○印は干渉縞画像３４Ａの画素値を表し、□印は干渉縞画像３４Ｂの画素値を表している。なお、撮像素子２２の画素４５は、例えば、２μｍ×２μｍのサイズを有する。

図８Ａの場合と図８Ｂの場合とで、細胞１２のサンプリング点が画素４５の半分、すなわち半画素分ずれていたと仮定する。この場合、図９に示すように、例えば、図８Ａの場合に得られた干渉縞画像３４Ａを基準として、図８Ｂの場合に得られた干渉縞画像３４Ｂを半画素ずらし、干渉縞画像３４ＢＢとする。そのうえで、図８Ａの場合に得られた干渉縞画像３４Ａと、干渉縞画像３４ＢＢとを統合し、干渉縞画像３４ＡＢＢとする。干渉縞画像３４ＡＢＢは、干渉縞画像３４Ａおよび３４Ｂの２倍の画素数の画像である。つまり、干渉縞画像３４ＡＢＢは、撮像素子２２の解像度を超える超解像干渉縞画像１０４に他ならない。なお、干渉縞画像３４Ｂを半画素ずらし、干渉縞画像３４ＢＢとする処理は、位置合わせ処理と呼ばれる。また、干渉縞画像３４Ａと干渉縞画像３４ＢＢを統合する処理は、再構成処理と呼ばれる。

図８および図９では、Ｘ方向のみの一次元で説明しているが、これにＹ方向が加わった二次元であっても、超解像干渉縞画像１０４の生成原理の基本的な考え方は同じである。例えばＸ方向およびＹ方向で隣接する２×２＝４個の発光部４１から各々コヒーレント光２３が照射され、その都度撮像素子２２から干渉縞画像３４を出力された場合を考える。この場合、上記同様に細胞１２のサンプリング点が半画素分ずれていたと仮定すると、撮像素子２２から出力された干渉縞画像３４の、２×２＝４倍の画素数の超解像干渉縞画像１０４が得られることになる。

図１０において、撮像装置１０は、ストレージデバイス５０、メモリ５１、およびＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）５２を備えている。ストレージデバイス５０およびメモリ５１は、ＣＰＵ５２と接続されている。これらストレージデバイス５０、メモリ５１、およびＣＰＵ５２は、本開示の技術に係る「コンピュータ」の一例である。

ストレージデバイス５０は、ハードディスクドライブ、あるいはソリッドステートドライブである。メモリ５１は、ＣＰＵ５２が処理を実行するためのワークメモリである。ＣＰＵ５２は、ストレージデバイス５０に記憶されたプログラムをメモリ５１へロードして、プログラムにしたがった処理を実行することにより、コンピュータの各部を統括的に制御する。

ストレージデバイス５０には、作動プログラム５５が記憶されている。作動プログラム５５は、ストレージデバイス５０、メモリ５１、およびＣＰＵ５２で構成されるコンピュータを制御装置として機能させるためのアプリケーションプログラムである。すなわち、作動プログラム５５は、本開示の技術に係る「制御装置の作動プログラム」の一例である。ストレージデバイス５０には、必要照射位置テーブル５６も記憶されている。

作動プログラム５５が起動されると、ＣＰＵ５２は、メモリ５１等と協働して、光源制御部６０、撮像制御部６１、取得部６２、設定部６３、および送信制御部６４として機能する。これら各部のうち、光源制御部６０、撮像制御部６１、取得部６２、および設定部６３によって、本開示の制御装置６８が実現される。

光源制御部６０は、光源２０の動作を制御し、発光部４１からコヒーレント光２３を照射させる。撮像制御部６１は、撮像素子２２の動作を制御し、撮像素子２２から干渉縞画像３４を出力させる。光源制御部６０および撮像制御部６１は、発光部４１からのコヒーレント光２３の照射タイミングと、撮像素子２２による干渉縞画像３４の撮像タイミングとを同期させる。

取得部６２は、撮像素子２２から基準干渉縞画像３４Ｒを受け取る。取得部６２は、基準干渉縞画像３４Ｒから、細胞１２の位置を検出する。これにより、取得部６２は、細胞１２の位置を示す位置情報７０を取得する。取得部６２は、位置情報７０を設定部６３に出力する。

設定部６３は、必要照射位置テーブル５６を参照しつつ、位置情報７０で示される細胞１２の位置に対応する照射位置ＩＰである必要照射位置を、複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５の中から設定する。必要照射位置は、超解像干渉縞画像１０４の元となる複数枚の干渉縞画像３４を得るために必要な照射位置ＩＰである。設定部６３は、必要照射位置を示す設定情報７１を光源制御部６０に出力する。

光源制御部６０は、設定情報７１で示される必要照射位置の発光部４１からコヒーレント光２３を照射させる。撮像制御部６１は、必要照射位置毎に、撮像素子２２から干渉縞画像３４を出力させる。

送信制御部６４は、撮像素子２２から干渉縞画像３４を受け取る。送信制御部６４は、干渉縞画像３４を情報処理装置１１に送信する制御を行う。なお、干渉縞画像３４を一旦ストレージデバイス５０に記憶してから、送信制御部６４により情報処理装置１１に送信してもよい。

図１１に示すように、基準干渉縞画像３４Ｒは、複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５のうち、ハッチングで示す中心に位置する１つの照射位置ＩＰ３３の発光部４１からコヒーレント光２３を照射して得られた干渉縞画像３４である。すなわち、照射位置ＩＰ３３は、本開示の技術に係る「基準照射位置」の一例である。

図１２に示すように、取得部６２は、基準干渉縞画像３４Ｒを画像解析し、細胞１２の位置として、例えば、基準干渉縞画像３４Ｒに映る干渉縞３３の中心点Ｃ１の位置を検出する。取得部６２は、干渉縞３３の中心点Ｃ１の位置座標（Ｘ＿Ｃ１、Ｙ＿Ｃ１）を、位置情報７０として設定部６３に出力する。

図１３は、干渉縞画像３４を５×５＝２５分割した各領域Ｒ１１、Ｒ１２、・・・、Ｒ５４、およびＲ５５と、各照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５との対応関係を示す図である。例えば左上隅の領域Ｒ１１は照射位置ＩＰ１５と対応し、右上隅の領域Ｒ１５は照射位置ＩＰ１１と対応している。また、左下隅の領域Ｒ５１は照射位置ＩＰ５５と対応し、右下隅の領域Ｒ５５は照射位置ＩＰ５１と対応している。

図１４において、必要照射位置テーブル５６には、基準干渉縞画像３４Ｒの領域Ｒ１１～Ｒ５５毎に、対応する必要照射位置が登録されている。例えば、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ１１であった場合、必要照射位置は、領域Ｒ１１に対応する照射位置（以下、中心点対応照射位置という）ＩＰ１５と、中心点対応照射位置ＩＰ１５に隣接する照射位置ＩＰ１４、ＩＰ２４、およびＩＰ２５の、計４箇所である。干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ１２であった場合、必要照射位置は、領域Ｒ１２に対応する中心点対応照射位置ＩＰ１４と、中心点対応照射位置ＩＰ１４に隣接する照射位置ＩＰ１３、ＩＰ１５、ＩＰ２３、ＩＰ２４、およびＩＰ２５の、計６箇所である。干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ４２であった場合、必要照射位置は、領域Ｒ４２に対応する中心点対応照射位置ＩＰ４４と、中心点対応照射位置ＩＰ４４に隣接する照射位置ＩＰ３３、ＩＰ３４、ＩＰ３５、ＩＰ４３、ＩＰ４５、ＩＰ５３、ＩＰ５４、およびＩＰ５５の、計９箇所である。このように、必要照射位置は、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域Ｒに対応する中心点対応照射位置を必ず含んでいる。そして、この中心点対応照射位置と、中心点対応照射位置に隣接する照射位置ＩＰとで構成される。また、必要照射位置の数は、最小４箇所、最大９箇所である。

図１５～図２０は、必要照射位置の具体例を示す図である。まず図１５および図１６は、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ１４であった場合を示す。この場合、必要照射位置テーブル５６によれば、必要照射位置は、照射位置ＩＰ１１、ＩＰ１２、ＩＰ１３、ＩＰ２１、ＩＰ２２、およびＩＰ２３である。光源制御部６０は、例えば、照射位置ＩＰ１１、ＩＰ１２、ＩＰ１３、ＩＰ２３、ＩＰ２２、ＩＰ２１の順に、発光部４１からコヒーレント光２３を照射させる。

図１７および図１８は、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ４２であった場合を示す。この場合、必要照射位置テーブル５６によれば、必要照射位置は、照射位置ＩＰ３３、ＩＰ３４、ＩＰ３５、ＩＰ４３、ＩＰ４４、ＩＰ４５、ＩＰ５３、ＩＰ５４、およびＩＰ５５である。光源制御部６０は、例えば、照射位置ＩＰ３３、ＩＰ３４、ＩＰ３５、ＩＰ４５、ＩＰ４４、ＩＰ４３、ＩＰ５３、ＩＰ５４、ＩＰ５５の順に、発光部４１からコヒーレント光２３を照射させる。

図１５～図１８は、基準干渉縞画像３４Ｒに映る干渉縞３３が１つの場合を示したが、図１９および図２０は、基準干渉縞画像３４Ｒに映る干渉縞３３が２つの場合を示す。すなわち、図１９および図２０は、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ２１およびＲ４２であった場合を示す。この場合、必要照射位置テーブル５６によれば、領域Ｒ２１に対応する必要照射位置は、照射位置ＩＰ１４、ＩＰ１５、ＩＰ２４、ＩＰ２５、ＩＰ３４、およびＩＰ３５である。また、領域Ｒ４２に対応する必要照射位置は、照射位置ＩＰ３３、ＩＰ３４、ＩＰ３５、ＩＰ４３、ＩＰ４４、ＩＰ４５、ＩＰ５３、ＩＰ５４、およびＩＰ５５である。つまり、照射位置ＩＰ３４およびＩＰ３５が必要照射位置として重複している。光源制御部６０は、例えば、照射位置ＩＰ３３、ＩＰ４３、ＩＰ５３、ＩＰ５４、ＩＰ４４、ＩＰ３４、ＩＰ２４、ＩＰ１４、ＩＰ１５、ＩＰ２５、ＩＰ３５、ＩＰ４５、ＩＰ５５の順に、発光部４１からコヒーレント光２３を照射させる。すなわち、光源制御部６０は、重複する必要照射位置である照射位置ＩＰ３４およびＩＰ３５から一度だけコヒーレント光２３を照射させる。

図２１において、情報処理装置１１を構成するコンピュータは、ストレージデバイス８０、メモリ８１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）８２、通信部８３、ディスプレイ８４、および入力デバイス８５を備えている。これらはバスライン８６を介して相互接続されている。

ストレージデバイス８０は、情報処理装置１１を構成するコンピュータに内蔵、またはケーブル、ネットワークを通じて接続されたハードディスクドライブである。もしくはストレージデバイス８０は、ハードディスクドライブを複数台連装したディスクアレイである。ストレージデバイス８０には、オペレーティングシステム等の制御プログラム、各種アプリケーションプログラム、およびこれらのプログラムに付随する各種データ等が記憶されている。なお、ハードディスクドライブに代えてソリッドステートドライブを用いてもよい。

メモリ８１は、ＣＰＵ８２が処理を実行するためのワークメモリである。ＣＰＵ８２は、ストレージデバイス８０に記憶されたプログラムをメモリ８１へロードして、プログラムにしたがった処理を実行することにより、コンピュータの各部を統括的に制御する。

通信部８３は、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等のネットワークを介した各種情報の伝送制御を行うネットワークインターフェースである。ディスプレイ８４は各種画面を表示する。情報処理装置１１を構成するコンピュータは、各種画面を通じて、入力デバイス８５からの操作指示の入力を受け付ける。入力デバイス８５は、キーボード、マウス、タッチパネル等である。

図２２において、情報処理装置１１のストレージデバイス８０には、作動プログラム９０が記憶されている。ストレージデバイス８０には、干渉縞画像群９１および再構成画像９２も記憶される。干渉縞画像群９１は、撮像装置１０から送信された、超解像干渉縞画像１０４の元となる複数枚の干渉縞画像３４の集まりである。

作動プログラム９０が起動されると、情報処理装置１１を構成するコンピュータのＣＰＵ８２は、メモリ８１等と協働して、リードライト（以下、ＲＷ（Ｒｅａｄ Ｗｒｉｔｅ）と略す）制御部１００、超解像処理部１０１、再構成処理部１０２、および表示制御部１０３として機能する。

ＲＷ制御部１００は、ストレージデバイス８０への各種データの記憶、およびストレージデバイス８０内の各種データの読み出しを制御する。例えば、ＲＷ制御部１００は、撮像装置１０からの干渉縞画像３４を受け取り、ストレージデバイス８０に干渉縞画像群９１として記憶する。また、ＲＷ制御部１００は、干渉縞画像群９１をストレージデバイス８０から読み出し、干渉縞画像群９１を超解像処理部１０１に出力する。

超解像処理部１０１は、干渉縞画像群９１から超解像干渉縞画像１０４を生成する。超解像処理部１０１は、超解像干渉縞画像１０４を再構成処理部１０２に出力する。

再構成処理部１０２は、超解像干渉縞画像１０４から再構成画像９２を生成する。再構成処理部１０２は、再構成画像９２をＲＷ制御部１００に出力する。ＲＷ制御部１００は、再構成画像９２をストレージデバイス８０に記憶する。また、ＲＷ制御部１００は、再構成画像９２をストレージデバイス８０から読み出し、再構成画像９２を表示制御部１０３に出力する。

表示制御部１０３は、ディスプレイ８４への各種画面の表示を制御する。各種画面には、再構成画像９２を表示する画面である再構成画像表示画面１５０（図２７参照）等が含まれる。

図２３において、超解像処理部１０１は、位置合わせ処理部１１０および生成部１１１を有している。位置合わせ処理部１１０は、干渉縞画像群９１を構成する複数枚の干渉縞画像３４に対して、図９で概要を示した位置合わせ処理を行う。位置合わせ処理部１１０は、位置合わせ処理の結果である位置合わせ情報１１２を生成部１１１に出力する。

生成部１１１は、位置合わせ情報１１２を参照しつつ、干渉縞画像群９１を構成する複数枚の干渉縞画像３４に対して、図９で概要を示した再構成処理を行う。これにより、超解像干渉縞画像１０４が生成される。

図２４は、位置合わせ処理部１１０による位置合わせ処理の詳細を示す図である。位置合わせ処理部１１０は、例えば、領域ベースマッチングによる位置合わせ処理を行う。まず、位置合わせ処理部１１０は、位置合わせ対象画像１２０に対して、平行移動、回転、拡大縮小といった種々の変形パラメータを適用し、位置合わせ対象画像１２０を変形して変形位置合わせ対象画像１２０Ｄとする（ステップＳＴ１）。次いで、変形位置合わせ対象画像１２０Ｄと位置合わせ基準画像１２１とを比較し、これらの類似度を算出する（ステップＳＴ２）。そして、類似度が高くなるように変形パラメータを更新する（ステップＳＴ３）。位置合わせ処理部１１０は、変形位置合わせ対象画像１２０Ｄと位置合わせ基準画像１２１との類似度が予め設定された閾値以上となるまで、これらステップＳＴ１～ＳＴ３の処理を繰り返す。位置合わせ処理部１１０は、変形位置合わせ対象画像１２０Ｄと位置合わせ基準画像１２１との類似度が閾値以上となったときの変形パラメータを、位置合わせ情報１１２として生成部１１１に出力する。

位置合わせ基準画像１２１は、干渉縞画像群９１を構成する複数枚の干渉縞画像３４のうちの１枚であり、位置合わせ対象画像１２０は、位置合わせ基準画像１２１以外の干渉縞画像３４である。位置合わせ基準画像１２１は、例えば、中心点対応照射位置の発光部４１からコヒーレント光２３を照射した場合に得られた干渉縞画像３４である。図１５および図１６の例でいえば、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域はＲ１４で、領域Ｒ１４に対応する中心点対応照射位置はＩＰ１２である。このため、中心点対応照射位置ＩＰ１２の発光部４１からコヒーレント光２３を照射した場合に得られた干渉縞画像３４が、位置合わせ基準画像１２１となる。図１９および図２０の例のように干渉縞３３が複数ある場合、位置合わせ基準画像１２１は、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域Ｒに対応する中心点対応照射位置であって、中央の領域Ｒ３３に対応する照射位置ＩＰ３３により近い中心点対応照射位置（図１９および図２０の場合は領域Ｒ４２に対応する照射位置ＩＰ４４）の発光部４１からコヒーレント光２３を照射した場合に得られた干渉縞画像３４である。

図２５は、生成部１１１による再構成処理の詳細を示す図である。生成部１１１は、例えば、最大事後確率（ＭＡＰ；Ｍａｘｉｍｕｍ Ａ Ｐｏｓｔｅｒｉｏｒｉ）推定による再構成処理を行う。まず、生成部１１１は、適当な仮定超解像干渉縞画像１０４ＡＳを生成し、仮定超解像干渉縞画像１０４ＡＳから、撮像素子２２の点拡がり関数（ＰＳＦ；Ｐｏｉｎｔ Ｓｐｒｅａｄ Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）、位置合わせ情報１１２等に基づいて、推定干渉縞画像群９１ＥＳを生成する（ステップＳＴ５）。次いで、推定干渉縞画像群９１ＥＳと実際の干渉縞画像群９１とを比較する（ステップＳＴ６）。そして、推定干渉縞画像群９１ＥＳと実際の干渉縞画像群９１との差が小さくなるように、仮定超解像干渉縞画像１０４ＡＳを更新する（ステップＳＴ７）。生成部１１１は、推定干渉縞画像群９１ＥＳと実際の干渉縞画像群９１との差が予め設定された閾値未満となるまで、これらステップＳＴ５～ＳＴ７の処理を繰り返す。生成部１１１は、推定干渉縞画像群９１ＥＳと実際の干渉縞画像群９１との差が閾値未満となった場合の仮定超解像干渉縞画像１０４ＡＳを、最終的な超解像干渉縞画像１０４として出力する。

図２６は、再構成処理部１０２による演算処理の概要を示す図である。再構成処理部１０２は、まず、超解像干渉縞画像１０４を再構成し、再構成画像９２を生成する。再構成画像群１３０は、複数枚の再構成画像９２の集まりである。これら複数枚の再構成画像９２はそれぞれ、Ｚ方向に沿う細胞１２および培養容器１３の厚み方向に、等間隔で並んだ各断層面１３１を表す画像である。

再構成処理部１０２は、再構成画像群１３０の複数枚の再構成画像９２の中から、最もピントが合った１枚の再構成画像９２を選択する。再構成処理部１０２は、選択した再構成画像９２をＲＷ制御部１００に出力する。なお、最もピントが合った再構成画像９２を選択する方法としては、複数枚の再構成画像９２のそれぞれのコントラスト値を算出し、コントラスト値が最も高い再構成画像９２を、最もピントが合った再構成画像９２として選択する方法等を採用することができる。

図２７に示すように、再構成画像表示画面１５０には、種類情報１５１とともに再構成画像９２が表示される。種類情報１５１は、細胞１２の種類、細胞１２の培養日数、培養容器１３の種類、培養液の種類および使用量を含む。再構成画像表示画面１５０は、確認ボタン１５２が選択された場合に表示が消える。

次に、上記構成による作用について、図２８および図２９のフローチャートを参照して説明する。撮像装置１０において作動プログラム５５が起動されると、図１０で示したように、撮像装置１０のＣＰＵ５２は、光源制御部６０、撮像制御部６１、取得部６２、設定部６３、および送信制御部６４として機能される。

図２８において、まず、光源制御部６０の制御の下、図１１で示したように、基準照射位置である照射位置ＩＰ３３の発光部４１からコヒーレント光２３が照射される（ステップＳＴ１００）。そして、これにより生じた干渉縞３３が、撮像制御部６１の制御の下で撮像素子２２により撮像され、撮像素子２２から基準干渉縞画像３４Ｒが出力される（ステップＳＴ１１０）。基準干渉縞画像３４Ｒは取得部６２に入力される。

取得部６２では、図１２で示したように、細胞１２の位置として、基準干渉縞画像３４Ｒから干渉縞３３の中心点Ｃ１の位置が検出される。これにより、取得部６２において位置情報７０が取得される（ステップＳＴ１２０）。位置情報７０は、取得部６２から設定部６３に出力される。なお、ステップＳＴ１２０は、本開示の技術に係る「取得ステップ」の一例である。

設定部６３では、図１５～図２０で示したように、必要照射位置テーブル５６および位置情報７０に基づいて、必要照射位置が複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５の中から設定される（ステップＳＴ１３０）。そして、必要照射位置を示す設定情報７１が生成される。設定情報７１は、設定部６３から光源制御部６０に出力される。なお、ステップＳＴ１３０は、本開示の技術に係る「設定ステップ」の一例である。

光源制御部６０の制御の下、設定情報７１で示される必要照射位置の発光部４１からコヒーレント光２３が照射される（ステップＳＴ１４０）。そして、これにより生じた干渉縞３３が、撮像制御部６１の制御の下で撮像素子２２により撮像され、撮像素子２２から干渉縞画像３４が出力される（ステップＳＴ１５０）。この際、図１９および図２０で示したように、細胞１２が複数存在し、かつ必要照射位置が複数の細胞１２の間で重複する場合、重複する必要照射位置から一度だけコヒーレント光２３が照射される。なお、ステップＳＴ１４０は、本開示の技術に係る「光源制御ステップ」の一例である。また、ステップＳＴ１５０は、本開示の技術に係る「撮像制御ステップ」の一例である。

干渉縞画像３４は送信制御部６４に入力され、送信制御部６４により情報処理装置１１に送信される（ステップＳＴ１６０）。これらステップＳＴ１４０～ＳＴ１６０は、全ての必要照射位置における干渉縞画像３４の撮像が終了しない間（ステップＳＴ１７０でＮＯ）は繰り返される。全ての必要照射位置における干渉縞画像３４の撮像が終了した場合（ステップＳＴ１７０でＹＥＳ）、ステップＳＴ１４０～ＳＴ１６０の繰り返し処理が終了される。

情報処理装置１１において作動プログラム９０が起動されると、図２２で示したように、情報処理装置１１のＣＰＵ８２は、ＲＷ制御部１００、超解像処理部１０１、再構成処理部１０２、および表示制御部１０３として機能される。

情報処理装置１１では、撮像装置１０からの干渉縞画像３４が受信される。干渉縞画像３４は、ＲＷ制御部１００によってストレージデバイス８０に記憶される。これにより、ストレージデバイス８０には、干渉縞画像群９１が記憶される。

図２９において、ＲＷ制御部１００により、ストレージデバイス８０から干渉縞画像群９１が読み出される（ステップＳＴ２００）。干渉縞画像群９１は、ＲＷ制御部１００から超解像処理部１０１に出力される。

図２３～図２５で示したように、超解像処理部１０１において位置合わせ処理および再構成処理が行われ、干渉縞画像群９１から超解像干渉縞画像１０４が生成される（ステップＳＴ２１０）。超解像干渉縞画像１０４は、超解像処理部１０１から再構成処理部１０２に出力される。

図２６で示したように、再構成処理部１０２において、超解像干渉縞画像１０４から再構成画像９２が生成される（ステップＳＴ２２０）。再構成画像９２は、再構成処理部１０２からＲＷ制御部１００に出力され、ＲＷ制御部１００によりストレージデバイス８０に記憶される（ステップＳＴ２３０）。

ＲＷ制御部１００により、ストレージデバイス８０から再構成画像９２が読み出される。再構成画像９２は、ＲＷ制御部１００から表示制御部１０３に出力される。そして、図２７で示したように、表示制御部１０３により、再構成画像表示画面１５０がディスプレイ８４に表示され、再構成画像９２がユーザの閲覧に供される（ステップＳＴ２４０）。

以上説明したように、撮像装置１０の制御装置６８は、取得部６２、設定部６３、光源制御部６０、および撮像制御部６１を備える。取得部６２は、観察対象物体である細胞１２の位置を示す位置情報７０を取得する。設定部６３は、必要照射位置を複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５の中から設定する。必要照射位置は、位置情報７０で示される細胞１２の位置に対応する照射位置であり、撮像素子２２の解像度を超える超解像干渉縞画像１０４の元となる複数枚の干渉縞画像３４を得るために必要な照射位置である。光源制御部６０は、光源２０の動作を制御することにより、必要照射位置からコヒーレント光２３を照射させる。撮像制御部６１は、必要照射位置毎に、撮像素子２２から干渉縞画像３４を出力させる。このため、超解像化への寄与度がほとんどない干渉縞画像３４を撮像することがない。したがって、超解像干渉縞画像１０４を、無駄な手間を掛けることなく得ることが可能となる。

取得部６２は、複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５のうちの予め設定された１つの基準照射位置ＩＰ３３からコヒーレント光２３を照射して得られた干渉縞画像３４である基準干渉縞画像３４Ｒから、細胞１２の位置を検出することで、位置情報７０を取得する。このため、ユーザの手を煩わせることなく、位置情報７０を取得することができる。

細胞１２が複数存在し、かつ必要照射位置が複数の細胞１２の間で重複する場合、光源制御部６０は、重複する必要照射位置から一度だけコヒーレント光２３を照射させる。このため、重複する必要照射位置から何度もコヒーレント光２３を照射させ、略同じ干渉縞画像３４を何枚も撮像する手間を省くことができ、より短時間で超解像干渉縞画像１０４を得ることができる。

細胞培養の分野は、ｉＰＳ（Ｉｎｄｕｃｅｄ Ｐｌｕｒｉｐｏｔｅｎｔ Ｓｔｅｍ）細胞等の出現により、最近脚光を浴びている。このため、無駄な時間を掛けることなく、培養中の細胞１２を詳細に解析する技術が要望されている。本開示の技術では、観察対象物体を培養中の細胞１２としている。したがって、本開示の技術は、最近の要望に応えることができる技術であるといえる。

なお、取得部６２は、基準干渉縞画像３４Ｒから細胞１２の位置を検出することで、位置情報７０を取得しているが、これに限らない。図３０に示すように、基準干渉縞画像３４Ｒに代えて、基準干渉縞画像３４Ｒを元に生成された再構成画像９２である基準再構成画像９２Ｒから細胞１２の位置を検出することで、位置情報７０を取得してもよい。

この場合、撮像装置１０のＣＰＵ５２は、図１０で示した各部６０～６４（図３０では取得部６２のみ図示）に加えて、生成部１６０としても機能する。生成部１６０は、情報処理装置１１の再構成処理部１０２と同じ機能を有する。生成部１６０は、再構成処理部１０２が超解像干渉縞画像１０４から再構成画像９２を生成するのと同じく、基準干渉縞画像３４Ｒから基準再構成画像９２Ｒを生成する。生成部１６０は、基準再構成画像９２Ｒを取得部６２に出力する。

取得部６２は、基準再構成画像９２Ｒを画像解析し、細胞１２の位置として、例えば、基準再構成画像９２Ｒに映る細胞１２の中心点Ｃ２の位置を検出する。取得部６２は、細胞１２の中心点Ｃ２の位置座標（Ｘ＿Ｃ２、Ｙ＿Ｃ２）を、位置情報７０として設定部６３に出力する。

干渉縞３３は、細胞１２だけでなく培養液中のゴミ等によっても生じる。このため、基準干渉縞画像３４Ｒに映る干渉縞３３の中心点Ｃ１の位置を、細胞１２の位置として検出した場合、ゴミ等を細胞１２として誤認識する可能性が少なからずある。したがって、図３０で示したように、基準干渉縞画像３４Ｒに代えて、基準干渉縞画像３４Ｒを元に生成された基準再構成画像９２Ｒから細胞１２の位置を検出することが好ましい。ただし、基準干渉縞画像３４Ｒから基準再構成画像９２Ｒを生成する手間が掛かる。このため、そうした手間の削減を第１に考えた場合は、基準干渉縞画像３４Ｒから細胞１２の位置を検出する方法を採用したほうがよい。

なお、図３１に示す態様としてもよい。すなわち、基準干渉縞画像３４Ｒを撮像装置１０から情報処理装置１１に送信し、情報処理装置１１の再構成処理部１０２において基準干渉縞画像３４Ｒから基準再構成画像９２Ｒを生成する。そして、基準再構成画像９２Ｒを情報処理装置１１から撮像装置１０に送信する。こうすれば、撮像装置１０に生成部１６０を設けなくとも済む。

［第２実施形態］
位置情報７０を取得する態様は、上記第１実施形態で例示した、基準干渉縞画像３４Ｒ、または基準再構成画像９２Ｒから細胞１２の位置を検出する態様に限らない。図３２～図３５に示す第２実施形態を採用してもよい。

図３２において、撮像装置１０は、基準干渉縞画像３４Ｒを情報処理装置１１に送信する。情報処理装置１１の表示制御部１０３は、基準干渉縞画像３４Ｒの表示画面である基準干渉縞画像表示画面１７０（図３３も参照）をディスプレイ８４に表示する制御を行う。そして、基準干渉縞画像表示画面１７０上において、入力デバイス８５を介して、ユーザに細胞１２の位置を指定させる。情報処理装置１１は、この基準干渉縞画像表示画面１７０上での細胞１２の位置の指定を元に位置情報７０を生成し、生成した位置情報７０を撮像装置１０に送信する。取得部６２は、情報処理装置１１からの位置情報７０を取得する。

図３３に示すように、基準干渉縞画像表示画面１７０には、基準干渉縞画像３４Ｒが表示され、その下部には指定解除ボタン１７１および指定ボタン１７２が設けられている。細胞１２の位置である干渉縞３３の中心点Ｃ１は、例えば、基準干渉縞画像３４Ｒ上の所望の位置に入力デバイス８５のマウスのカーソルを合わせ、マウスをダブルクリックすることで入力することが可能である。指定解除ボタン１７１が選択された場合、直近で指定した干渉縞３３の中心点Ｃ１の指定が解除される。指定ボタン１７２が選択された場合、そのとき指定されていた干渉縞３３の中心点Ｃ１の位置座標（Ｘ＿Ｃ１、Ｙ＿Ｃ１）が、位置情報７０として取得部６２に取得される。

図３４は、基準干渉縞画像３４Ｒに代えて基準再構成画像９２Ｒを用いる例である。この場合、情報処理装置１１の再構成処理部１０２は、基準干渉縞画像３４Ｒから基準再構成画像９２Ｒを生成する。再構成処理部１０２は、基準再構成画像９２Ｒを表示制御部１０３に出力する。表示制御部１０３は、基準再構成画像９２Ｒの表示画面である基準再構成画像表示画面１８０（図３５も参照）をディスプレイ８４に表示する制御を行う。そして、基準再構成画像表示画面１８０上において、入力デバイス８５を介して、ユーザに細胞１２の位置を指定させる。情報処理装置１１は、この基準再構成画像表示画面１８０上での細胞１２の位置の指定を元に位置情報７０を生成し、生成した位置情報７０を撮像装置１０に送信する。取得部６２は、情報処理装置１１からの位置情報７０を取得する。

図３５に示すように、基準再構成画像表示画面１８０には、基準再構成画像９２Ｒが表示され、その下部には指定解除ボタン１８１および指定ボタン１８２が設けられている。細胞１２の位置である細胞１２の中心点Ｃ２は、基準干渉縞画像表示画面１７０の場合と同様に、基準再構成画像９２Ｒ上の所望の位置に入力デバイス８５のマウスのカーソルを合わせ、マウスをダブルクリックすることで入力することが可能である。指定解除ボタン１８１が選択された場合、指定解除ボタン１７１の場合と同様に、直近で指定した細胞１２の中心点Ｃ２の指定が解除される。指定ボタン１８２が選択された場合、指定ボタン１７２の場合と同様に、そのとき指定されていた細胞１２の中心点Ｃ２の位置座標（Ｘ＿Ｃ２、Ｙ＿Ｃ２）が、位置情報７０として取得部６２に取得される。

このように、第２実施形態では、情報処理装置１１の表示制御部１０３は、図３２および図３３で示した基準干渉縞画像表示画面１７０、または図３４および図３５で示した基準再構成画像表示画面１８０を表示する制御を行う。取得部６２は、基準干渉縞画像表示画面１７０、または基準再構成画像表示画面１８０上での細胞１２の位置の指定を受け付けることで、位置情報７０を取得する。このため、ユーザ自らが指定した、より確からしい位置情報７０を取得することができる。

なお、第２実施形態においては、光源制御部６０、撮像制御部６１、取得部６２、設定部６３、さらには情報処理装置１１の表示制御部１０３によって、本開示の制御装置が実現される。このように、制御装置を構成する処理部は、撮像装置１０だけでなく情報処理装置１１にあってもよい。

［第３実施形態］
図３６および図３７に示す第３実施形態では、細胞１２のサイズを示すサイズ情報１９０に応じて、必要照射位置の数を変更する。

図３６に示すように、取得部６２は、例えば、基準再構成画像９２Ｒを画像解析し、基準再構成画像９２Ｒに映る細胞１２の画素数をカウントする。そして、カウントした画素数に応じた、大、中、小の三段階のサイズを、細胞１２に宛がう。細胞１２が複数存在する場合は、複数の細胞１２の各々の画素数をカウントし、カウントした画素数が最小の細胞１２を代表としてサイズを宛がう。これにより、取得部６２は、細胞１２のサイズを示すサイズ情報１９０を取得する。取得部６２は、サイズ情報１９０を設定部６３に出力する。

設定部６３は、サイズ情報１９０に応じて、必要照射位置の数を変更する。具体的には必要照射位置数テーブル１９１に示すように、細胞１２のサイズが大であった場合は必要照射位置を最大５箇所、細胞１２のサイズが中であった場合は必要照射位置を最大９箇所、細胞１２のサイズが小であった場合は必要照射位置を最大１７箇所とする。このように、細胞１２のサイズが小さくなるにつれて、必要照射位置の数を増やす設定とする。細胞１２のサイズが小さくなるにつれて、必要照射位置の数を増やす理由としては、細胞１２のサイズが小さい程、撮像素子２２の解像度の限界に近付き、鮮明な干渉縞画像３４が得られにくくなるためである。

図３７は、干渉縞３３の中心点Ｃ１が位置する基準干渉縞画像３４Ｒの領域がＲ３３であった場合の必要照射位置を示す。図３７Ａは細胞１２のサイズが大であった場合を示し、図３７Ｂは細胞１２のサイズが中であった場合を示し、図３７Ｃは細胞１２のサイズが小であった場合を示す。図３７Ａの細胞１２のサイズが大であった場合は、必要照射位置は、照射位置ＩＰ２２、ＩＰ２４、ＩＰ３３、ＩＰ４２、およびＩＰ４４の計５箇所である。図３７Ｂの細胞１２のサイズが中であった場合は、必要照射位置は、照射位置ＩＰ２２、ＩＰ２３、ＩＰ２４、ＩＰ３２、ＩＰ３３、ＩＰ３４、ＩＰ４２、ＩＰ４３、およびＩＰ４４の計９箇所である。図３７Ｃの細胞１２のサイズが小であった場合は、必要照射位置は、照射位置ＩＰ１１、ＩＰ１３、ＩＰ１５、ＩＰ２２、ＩＰ２３、ＩＰ２４、ＩＰ３１、ＩＰ３２、ＩＰ３３、ＩＰ３４、ＩＰ３５、ＩＰ４２、ＩＰ４３、ＩＰ４４、ＩＰ５１、ＩＰ５３、およびＩＰ５５の計１７箇所である。

このように、第３実施形態では、取得部６２は、位置情報７０に加えて、細胞１２のサイズを示すサイズ情報１９０を取得する。設定部６３は、サイズ情報１９０に応じて、必要照射位置の数を変更する。このため、細胞１２のサイズに適応した枚数の干渉縞画像３４を得ることができ、かつ、細胞１２のサイズに適応した超解像干渉縞画像１０４を生成することができる。

なお、細胞１２のサイズは、大、中、小の三段階に限らない。サイズ小とそれ以外の二段階でもよい。あるいは、三段階より細かく分けてもよい。また、変更する必要照射位置の数も、例示した５箇所、９箇所、１７箇所に限らない。サイズ大の場合は必要照射位置を１箇所だけにして、超解像干渉縞画像１０４自体を生成しないようにしてもよい。

［第４実施形態］
上記各実施形態では、複数の発光部４１が複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５に並べられた構成の光源２０を例示したが、これに限らない。図３８および図３９に示す第４実施形態を採用してもよい。

図３８において、光源２００は、１個の発光部２０１と、移動ステージ２０２と、移動機構２０３とを有する。発光部２０１は、移動機構２０３により、移動ステージ２０２上を移動する。移動機構２０３は、例えば、モータと、モータの回転をＸ方向およびＹ方向に沿った並進運動に変換するラックアンドピニオンギヤとを含む。移動機構２０３は、光源制御部６０の制御の下、発光部２０１をＸ方向およびＹ方向に移動させ、５×５＝２５箇所の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５に発光部２０１をガイドする。

こうした構成の光源２００によっても、照射角度が異なる複数の照射位置ＩＰ１１～ＩＰ５５からコヒーレント光２３を照射することが可能である。ただし、移動ステージ２０２および移動機構２０３の分、構成が複雑になる。また、発光部２０１を各必要照射位置に移動させなければならないので、上記各実施形態の光源２０と比べて、複数枚の干渉縞画像３４の撮像間隔が長くなる。撮像間隔が長くなると、撮像の合間に細胞１２が動いてしまうおそれがある。このため、上記各実施形態の光源２０のほうがより好ましい。

なお、移動ステージ２０２を移動させる発光部２０１は１個に限らず、複数個でもよい。また、例えば図３９に示すように、２×２＝４個の発光部２１１が並べられた構成の光源２１０を、移動機構２１２によりＸ方向およびＹ方向に移動させてもよい。

上記各実施形態で示した光源２０、２００、２１０は、発光部４１、２０１、２１１が撮像面３２と平行に配置されているが、これに限らない。例えば図４０に示す光源２２０を用いてもよい。

図４０において、光源２２０は、中央の発光部２２１Ａ以外の発光部２２１Ｂが撮像面３２に対して傾斜して配置されている。発光部２２１Ｂの傾斜角度は、端にいくにつれて大きくなっている。また、発光部２２１Ａを基準にして対称な位置の発光部２２１Ｂの傾斜角度は同じである。なお、発光部２２１Ｂを可動とし、発光部２２１Ｂの傾斜角度を変更可能に構成してもよい。

基準干渉縞画像３４Ｒを、超解像干渉縞画像１０４の生成に流用してもよい。

発光部は、例えば、コヒーレント光２３を発するレーザーダイオードに接続され、コヒーレント光２３を導光する光ファイバの先端部でもよい。また、Ｘ方向またはＹ方向に沿う軸を中心に発光部を首振りさせることで、コヒーレント光２３の照射角度を異ならせてもよい。この場合は、発光部の首振り位置が照射位置に相当する。

照射位置は、上記で例示した５×５＝２５箇所に限らない。撮像素子２２の画素４５のサイズ、細胞１２のサイズ等に応じて適宜変更することが可能である。

観察対象物体は例示の細胞１２に限らない。細菌、ウイルス等を観察対象物体としてもよい。また、回折光は、観察対象物体を透過した回折光３０に限らず、観察対象物体を反射した回折光でもよい。さらに、光源２０からのコヒーレント光２３を、回折光用と参照光用とに分光して、それぞれ観察対象物体に照射してもよい。また、照明光はコヒーレント光２３でなくてもよく、観察に耐え得る干渉縞３３が生じるものであればよい。

制御装置を構成するコンピュータのハードウェア構成は種々の変形が可能である。例えば、制御装置を、処理能力および信頼性の向上を目的として、ハードウェアとして分離された複数台のコンピュータで構成することも可能である。例えば、光源制御部６０および撮像制御部６１の機能と、取得部６２および設定部６３の機能とを、２台のコンピュータに分散して担わせる。この場合は２台のコンピュータで制御装置を構成する。なお、２台のコンピュータは、撮像装置１０と情報処理装置１１であってもよい。例えば、光源制御部６０および撮像制御部６１の機能を撮像装置１０、取得部６２および設定部６３の機能を情報処理装置１１にそれぞれ担わせる。光源制御部６０、撮像制御部６１、取得部６２、および設定部６３の機能を、全て情報処理装置１１に担わせてもよい。

このように、制御装置のコンピュータのハードウェア構成は、処理能力、安全性、信頼性等の要求される性能に応じて適宜変更することができる。さらに、ハードウェアに限らず、作動プログラム５５および９０等のアプリケーションプログラムについても、安全性および信頼性の確保を目的として、二重化したり、あるいは、複数のストレージデバイスに分散して格納することももちろん可能である。

上記各実施形態において、例えば、光源制御部６０、撮像制御部６１、取得部６２、設定部６３、送信制御部６４、ＲＷ制御部１００、超解像処理部１０１（位置合わせ処理部１１０および生成部１１１）、再構成処理部１０２および１６０、並びに表示制御部１０３といった各種の処理を実行する処理部（Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）のハードウェア的な構造としては、次に示す各種のプロセッサ（Ｐｒｏｃｅｓｓｏｒ）を用いることができる。各種のプロセッサには、上述したように、ソフトウェア（作動プログラム５５および９０）を実行して各種の処理部として機能する汎用的なプロセッサであるＣＰＵ５２および８２に加えて、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なプロセッサであるプログラマブルロジックデバイス（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ:ＰＬＤ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が含まれる。

１つの処理部は、これらの各種のプロセッサのうちの１つで構成されてもよいし、同種または異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡの組み合わせ、および／または、ＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ）で構成されてもよい。また、複数の処理部を１つのプロセッサで構成してもよい。

複数の処理部を１つのプロセッサで構成する例としては、第１に、クライアントおよびサーバ等のコンピュータに代表されるように、１つ以上のＣＰＵとソフトウェアの組み合わせで１つのプロセッサを構成し、このプロセッサが複数の処理部として機能する形態がある。第２に、システムオンチップ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｃｈｉｐ:ＳｏＣ）等に代表されるように、複数の処理部を含むシステム全体の機能を１つのＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）チップで実現するプロセッサを使用する形態がある。このように、各種の処理部は、ハードウェア的な構造として、上記各種のプロセッサの１つ以上を用いて構成される。

さらに、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造としては、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路（ｃｉｒｃｕｉｔｒｙ）を用いることができる。

以上の記載から、以下の付記項１に記載の発明を把握することができる。

［付記項１］
光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置であって、
前記光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、
前記撮像素子は、前記観察対象物体によって回折された前記照明光である回折光と、前記観察対象物体を経ない前記照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、
前記観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得プロセッサと、
前記位置情報で示される前記観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、前記撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の前記干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の前記照射位置の中から設定する設定プロセッサと、
前記光源の動作を制御することにより、前記必要照射位置から前記照明光を照射させる光源制御プロセッサと、
前記必要照射位置毎に、前記撮像素子から前記干渉縞画像を出力させる撮像制御プロセッサと、
を備える制御装置。

本開示の技術は、上述の種々の実施形態と種々の変形例を適宜組み合わせることも可能である。また、上記各実施形態に限らず、要旨を逸脱しない限り種々の構成を採用し得ることはもちろんである。さらに、本開示の技術は、プログラムに加えて、プログラムを非一時的に記憶する記憶媒体にもおよぶ。

以上に示した記載内容および図示内容は、本開示の技術に係る部分についての詳細な説明であり、本開示の技術の一例に過ぎない。例えば、上記の構成、機能、作用、および効果に関する説明は、本開示の技術に係る部分の構成、機能、作用、および効果の一例に関する説明である。よって、本開示の技術の主旨を逸脱しない範囲内において、以上に示した記載内容および図示内容に対して、不要な部分を削除したり、新たな要素を追加したり、置き換えたりしてもよいことはいうまでもない。また、錯綜を回避し、本開示の技術に係る部分の理解を容易にするために、以上に示した記載内容および図示内容では、本開示の技術の実施を可能にする上で特に説明を要しない技術常識等に関する説明は省略されている。

本明細書において、「Ａおよび／またはＢ」は、「ＡおよびＢのうちの少なくとも１つ」と同義である。つまり、「Ａおよび／またはＢ」は、Ａだけであってもよいし、Ｂだけであってもよいし、ＡおよびＢの組み合わせであってもよい、という意味である。また、本明細書において、３つ以上の事柄を「および／または」で結び付けて表現する場合も、「Ａおよび／またはＢ」と同様の考え方が適用される。

本明細書に記載された全ての文献、特許出願および技術規格は、個々の文献、特許出願および技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (11)

1. 光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置であって、
   前記光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、
   前記撮像素子は、前記観察対象物体によって回折された前記照明光である回折光と、前記観察対象物体を経ない前記照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、
   前記観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得部と、
   前記位置情報で示される前記観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、前記撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の前記干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の前記照射位置の中から設定する設定部と、
   前記光源の動作を制御することにより、前記必要照射位置から前記照明光を照射させる光源制御部と、
   前記必要照射位置毎に、前記撮像素子から前記干渉縞画像を出力させる撮像制御部と、
   を備える制御装置。
2. 前記光源は、複数の前記照明光の発光部が複数の前記照射位置に並べられた構成を有し、
   前記光源制御部は、前記必要照射位置に対応する前記発光部から前記照明光を照射させる請求項１に記載の制御装置。
3. 前記光源は、前記照明光の発光部を少なくとも１つと、前記発光部の移動機構とを有し、
   前記光源制御部は、前記移動機構によって前記発光部を前記必要照射位置に移動させつつ、前記発光部から前記照明光を照射させる請求項１に記載の制御装置。
4. 前記取得部は、複数の前記照射位置のうちの予め設定された１つの基準照射位置から前記照明光を照射して得られた前記干渉縞画像である基準干渉縞画像、または前記観察対象物体の任意の断層面を表す再構成画像であり、前記基準干渉縞画像を元に生成された再構成画像である基準再構成画像から、前記観察対象物体の位置を検出することで、前記位置情報を取得する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の制御装置。
5. 複数の前記照射位置のうちの予め設定された１つの基準照射位置から前記照明光を照射して得られた前記干渉縞画像である基準干渉縞画像の表示画面、または前記観察対象物体の任意の断層面を表す再構成画像であり、前記基準干渉縞画像を元に生成された再構成画像である基準再構成画像の表示画面を表示する制御を行う表示制御部を備え、
   前記取得部は、前記表示画面上での前記観察対象物体の位置の指定を受け付けることで、前記位置情報を取得する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の制御装置。
6. 前記取得部は、前記位置情報に加えて、前記観察対象物体のサイズを示すサイズ情報を取得し、
   前記設定部は、前記サイズ情報に応じて、前記必要照射位置の数を変更する請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の制御装置。
7. 前記観察対象物体が複数存在し、かつ前記必要照射位置が複数の前記観察対象物体の間で重複する場合、前記光源制御部は、重複する前記必要照射位置から一度だけ前記照明光を照射させる請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の制御装置。
8. 前記観察対象物体は培養中の細胞である請求項１から請求項７のいずれか１項に記載の制御装置。
9. 前記照明光はコヒーレント光である請求項１から請求項８のいずれか１項に記載の制御装置。
10. 光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置の作動方法であって、
    前記光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、
    前記撮像素子は、前記観察対象物体によって回折された前記照明光である回折光と、前記観察対象物体を経ない前記照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、
    前記観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得ステップと、
    前記位置情報で示される前記観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、前記撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の前記干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の前記照射位置の中から設定する設定ステップと、
    前記光源の動作を制御することにより、前記必要照射位置から前記照明光を照射させる光源制御ステップと、
    前記必要照射位置毎に、前記撮像素子から前記干渉縞画像を出力させる撮像制御ステップと、
    を備える制御装置の作動方法。
11. 光源と撮像素子とを有する撮像装置の制御装置の作動プログラムであって、
    前記光源は、照射角度が異なる複数の照射位置から、観察対象物体に対して照明光を照射することが可能であり、
    前記撮像素子は、前記観察対象物体によって回折された前記照明光である回折光と、前記観察対象物体を経ない前記照明光である参照光との干渉縞を撮像することで、干渉縞画像を出力するものであり、
    前記観察対象物体の位置を示す位置情報を取得する取得部と、
    前記位置情報で示される前記観察対象物体の位置に対応する照射位置であり、前記撮像素子の解像度を超える超解像干渉縞画像の元となる複数枚の前記干渉縞画像を得るために必要な照射位置である必要照射位置を、複数の前記照射位置の中から設定する設定部と、
    前記光源の動作を制御することにより、前記必要照射位置から前記照明光を照射させる光源制御部と、
    前記必要照射位置毎に、前記撮像素子から前記干渉縞画像を出力させる撮像制御部として、
    コンピュータを機能させる制御装置の作動プログラム。

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