JPWO2009153919A1 - 顕微鏡装置および顕微鏡装置制御プログラム - Google Patents

Abstract

観察光学系と、観察光学系を介した被観察物の像を撮像して画像を生成する撮像部と、観察光学系内に配置され、観察形態に起因して発生する収差を補正する収差補正部と、撮像部により生成した複数の画像に基づいて、収差補正部による収差補正量を決定する決定部とを備えることにより、顕微鏡装置において、観察形態に起因して発生する収差による光学的な歪みを、顕微鏡の使用状況に即して、適切かつ簡単に補正する。

Description

本発明は、観察光学系を備えた顕微鏡装置、および顕微鏡装置に対する制御をコンピュータで実現するための顕微鏡装置制御プログラムに関する。

近年、顕微鏡などの観察装置では、高ＮＡ対物レンズを用いた高解像の画像の取得が盛んになっている。このような高解像の画像の取得に際しては、カバーガラスの厚さや浸液の温度依存性による屈折率変化など、観察形態に起因して発生する収差による光学的な歪みのない画像を取得することが求められる。

そこで、特許文献１の発明では、顕微鏡に配置された観察対象である試料と、その顕微鏡の有する対物レンズとの間の距離に基づいて、試料を保護するカバーガラスの厚み、または、試料を保持する透過性を有するシャーレ等の保持部材の厚みに起因する光学的な収差に対する補正量を決定し、決定した収差補正量に対応して、補正環の回転角を決定し、収差を補正している。

特開２００５−３１５０７号公報

しかし、上述した特許文献１の発明では、温度依存性による浸液の屈折率変化などが考慮されていないため、決定した収差補正量が適切でない場合がある。

本発明は、顕微鏡装置による観察おいて発生する、観察形態に起因する収差を、顕微鏡装置の使用状況に即して、適切かつ簡単に補正することを目的とする。

本発明の顕微鏡装置は、観察光学系と、前記観察光学系を介した被観察物の像を撮像して画像を生成する撮像部と、観察形態に起因して発生する収差を補正する収差補正部と、前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正部による収差補正量を決定する決定部とを備える。

なお、前記決定部は、複数の前記画像に基づいて、前記観察光学系の光軸方向における像強度の広がりに関する対称性を、焦点面前後において解析し、当該解析結果にしたがって前記収差補正量を決定しても良い。

また、前記観察光学系の光軸方向における撮像位置を変更する変更部を備え、前記決定部は、前記撮像位置が異なる状態において前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正量を決定しても良い。

また、前記決定部は、複数の前記画像に基づき、前記光軸方向と平行な方向の断面画像を作成し、作成した前記断面画像に基づいて、前記光軸方向における像強度の広がりに関する対称性を解析し、当該解析結果にしたがって前記収差補正量を決定しても良い。

また、前記決定部は、前記収差補正部による収差補正量が異なる状態において前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正量を決定しても良い。

また、前記観察光学系は、補正環を有する対物レンズを含み、前記収差補正部は、前記補正環の回転角度を制御することにより前記収差を補正し、前記決定部は、前記収差補正量として、前記回転角度を決定しても良い。

また、前記観察光学系は、波面変換素子を備え、前記収差補正部は、前記波面変換素子を制御することにより前記収差を補正し、前記決定部は、前記収差補正量として、前記波面変換素子の制御量を決定しても良い。

また、複数の前記画像の比較結果と前記収差補正量との適切な対応関係を予め記録する記録部を備え、前記決定部は、前記対応関係に基づいて、前記収差補正量を決定しても良い。

また、前記収差補正部は、前記決定部において決定した前記収差補正量に基づいて、前記収差を補正しても良い。

なお、上記発明に関する構成を、顕微鏡装置に対する制御をコンピュータで実現するための顕微鏡装置制御プログラムに変換して表現したものも本発明の具体的態様として有効である。

第１実施形態の顕微鏡装置１の構成を示す図である。 第１実施形態の顕微鏡装置１の対物レンズ２０の詳細を示す図である。 第１実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作を示すフローチャートである。 第１実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作を示すフローチャートである（続き）。 第１実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作を示すフローチャートである（続き）。 第１実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際に生成される画像の一例を示す図である。 第１実施形態の顕微鏡装置１における補正環２０Ａの自動制御について説明する図である。 第２実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作を示すフローチャートである。 第２実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作を示すフローチャートである（続き）。 第２実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際に生成される画像の一例を示す図である。 第４実施形態の顕微鏡装置３１の構成を示す図である。

＜第１実施形態＞
以下、図面を用いて第１実施形態について説明する。図１は、第１実施形態の顕微鏡装置１の構成を示す図である。

図１に示すように、顕微鏡装置１は、光源１１、コレクタレンズ１２、第１リレーレンズ１３、開口絞り１４、第２リレーレンズ１５、視野絞り１６、フィールドレンズ１７、励起フィルタ１８、ダイクロイックミラー１９、対物レンズ２０、バリアフィルタ２１、第２対物レンズ２２の各部を備える。開口絞り１４は、コレクタレンズ１２および第１リレーレンズ１３によって光源像が形成される位置の近傍に配置される。また、視野絞り１６は、第２リレーレンズ１５によって形成されるコレクタレンズ１２の前側焦点の共役点近傍位置に配置される。

光源１１から射出された光束は、コレクタレンズ１２、第１リレーレンズ１３、開口絞り１４、第２リレーレンズ１５、視野絞り１６を順に通過し、フィールドレンズ１７によって平行光に変換され、励起フィルタ１８に入射する。そして、励起フィルタ１８で波長選択された光束は、ダイクロイックミラー１９で波長選択反射されて、対物レンズ２０に入射する。対物レンズ２０に入射された光束は、標本Ｔを照明する。標本Ｔは、例えば、公知の蛍光試薬で染色された標本である。この標本Ｔにおいては、励起光（照明光）の強度や照射領域にしたがって、試薬が部分的に励起され、蛍光を発する。標本Ｔより発せられた蛍光は、対物レンズ２０で集光され、ダイクロイックミラー１９およびバリアフィルタ２１を順に透過する。そして、バリアフィルタ２１を透過した光束は、第２対物レンズ２２によって結像され、後述する撮像部の撮像面に結像する。

なお、対物レンズ２０は、補正環２０ＡとＰＺＴ駆動部２０Ｂとを備える。

図２Ａは、対物レンズ２０の内部断面図である。対物レンズ２０は、図２Ａに示すように、複数のレンズ群を有し、そのうち補正群Ｇのレンズ系を矢印ａの方向に移動することにより、標本Ｔを固定するカバーガラスや浸液の温度に依存する屈折率の変化等に起因する収差を補正することができる。図２Ｂは、対物レンズ２０の外観図である。ユーザは、補正環２０Ａを矢印ｂの方向に回転することにより、上述した補正群Ｇを手動でも移動することができる。

また、ＰＺＴ駆動部２０Ｂは、対物レンズ１０に含まれるレンズ系の全体または一部を、光軸方向（ｚ方向）に精度良く駆動するための駆動部である。

顕微鏡装置１は、上述した各構成に加えて、さらに、撮像部２３、表示部２４、制御部２５の各部を備える。撮像部２３は、不図示の撮像素子を備え、標本Ｔの像を撮像して画像を生成する。また、表示部２４は、不図示の表示素子を備え、画像やメニューなどを表示する。制御部２５は、コンピュータなどから成り、顕微鏡装置１の各部を統括的に制御する。制御部２５は、補正環２０Ａ、ＰＺＴ駆動部２０Ｂ、撮像部２３の各部と相互に接続され、これらの各部を自動制御可能である。また、制御部２５の出力は表示部２４にも接続される。

以上説明した構成の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作について、図３から図５のフローチャートを用いて説明する。

ステップＳ１において、制御部２５は、対物レンズ２０の補正環２０Ａを制御して、補正環２０Ａをα端に調整する。α端は、補正環２０Ａを自動制御する際の調整幅の一端であり、１回目は、例えば、補正環２０Ａの時計回りの制限位置とする。

ステップＳ２において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、２枚の画像を生成する。

ここで、図５のフローチャートを参照して、２枚の画像の生成の詳細を説明する。

ステップＳ２１において、制御部２５は、ＰＺＴ駆動部２０Ｂを制御して、焦点合わせを行う。焦点調節の方法はどのようなものであっても良い。

ステップＳ２２において、制御部２５は、ＰＺＴ駆動部２０Ｂを適当な量だけ制御して、合焦位置より撮像部２３側に撮像位置を移動する。なお、ＰＺＴ駆動部２０Ｂを制御する適当な量とは、焦点深度の１から２倍程度を意味する。

ステップＳ２３において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、１枚目の画像を生成する。図６Ａに補正環２０Ａをα端に調整した状態で生成した１枚目の画像の例を示す。なお、以下では、標本Ｔ中の蛍光ビーズが、撮像部２３の撮像素子の視野内に入る状態おいて、任意の蛍光ビーズに着目し、その部分のみを切り取った画像を例示する。

ステップＳ２４において、制御部２５は、ＰＺＴ駆動部２０Ｂを制御して、ステップＳ２２と逆方向に、ステップＳ２２の移動量と同量だけ撮像位置を移動する。

ステップＳ２５において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、２枚目の画像を生成する。図６Ｃに補正環２０Ａをα端に調整した状態で生成した２枚目の画像の例を示す。なお、図６Ｂは、補正環２０Ａをα端に調整し、焦点合わせを行った状態（ステップＳ２１の状態）で生成した画像の例を示す。

ステップＳ３において、制御部２５は、ステップＳ２３およびステップＳ２５で生成した２枚の画像の差分Ｄαを求める。制御部２５は、例えば、２枚の画像の差分Ｄαとして、２枚の画像のうち対応する位置の画素値の差分をそれぞれ求める。なお、必ずしも全ての画素について差分を求める必要はなく、主要部分が含まれる注目領域の画素のみについて差分を求めても良い。

ステップＳ４において、制御部２５は、対物レンズ２０の補正環２０Ａを制御して、補正環２０Ａをβ端に調整する。β端は、補正環２０Ａを自動制御する際の調整幅の他端（上述したα端の反対側の端）であり、１回目は、例えば、補正環２０Ａの反時計回りの制限位置とする。

ステップＳ５において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、ステップＳ２と同様の方法で２枚の画像を生成する。図６Ｄに補正環２０Ａをβ端に調整した状態で生成した１枚目の画像の例を示し、図６Ｆに補正環２０Ａをβ端に調整した状態で生成した２枚目の画像の例を示す。なお、図６Ｅは、補正環２０Ａをβ端に調整し、焦点合わせを行った状態で生成した画像の例を示す。

ステップＳ６において、制御部２５は、ステップＳ５で生成した２枚の画像の差分Ｄβを求める。制御部２５は、ステップＳ３と同様の方法で差分Ｄβを求める。

ステップＳ７において、制御部２５は、対物レンズ２０の補正環２０Ａを制御して、補正環２０Ａをα端およびβ端の中間位置に調整する。

ステップＳ８において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、ステップＳ２と同様の方法で２枚の画像を生成する。

ステップＳ９において、制御部２５は、ステップＳ８で生成した２枚の画像の差分Ｄγを求める。制御部２５は、ステップＳ３と同様の方法で差分Ｄγを求める。

ステップＳ１０において、制御部２５は、ステップＳ９で求めた差分Ｄγ≒０であるか否かを判定する。そして、制御部２５は、差分Ｄγ≒０であると判定すると一連の処理を終了する。一方、差分Ｄγ≒０でないと判定すると、制御部２５は、ステップＳ１１に進む。

ステップＳ１１において、制御部２５は、ステップＳ３で求めた差分ＤαとステップＳ９で求めた差分Ｄγとの類似度Ｓαを求めるとともに、ステップＳ６で求めた差分ＤβとステップＳ９で求めた差分Ｄγとの類似度Ｓβを求める。制御部２５は、例えば、類似度Ｓαとして、差分Ｄαおよび差分Ｄγの分布を比較して、類似度を求める。なお、類似度Ｓαを求める対象は、必ずしも差分Ｄαおよび差分Ｄγの全てである必要はなく、主要部分が含まれる注目領域の画素に相当する差分Ｄαおよび差分Ｄγのみを対象として類似度Ｓαを求めても良い。制御部２５は、差分Ｄβおよび差分Ｄγに基づいて、類似度Ｓβについても同様の方法で求める。

ステップＳ１２において、制御部２５は、ステップＳ１１で求めた類似度Ｓα＜類似度Ｓβであるか否かを判定し、類似度Ｓα＜類似度Ｓβである場合には、ステップＳ１３に進む。一方、類似度Ｓα＜類似度Ｓβでない場合（類似度Ｓα≧類似度Ｓβである場合）には、後述するステップＳ１４に進む。類似度Ｓα＜類似度Ｓβである場合とは、差分Ｄγは、差分Ｄαよりも差分Ｄβに似ていると見なせる場合であり、現在位置における光軸方向の像の変化が、α端における光軸方向の像の変化よりも、β端における光軸方向の像の変化に似ていると見なせる場合である。一方、類似度Ｓα＜類似度Ｓβでない場合とは、現在位置における光軸方向の像の変化が、β端における光軸方向の像の変化よりも、α端における光軸方向の像の変化に似ていると見なせる場合である。すなわち、類似度Ｓα＜類似度Ｓβである場合には、現在位置よりもα端側に、補正環２０Ａの最適な調整位置があり、類似度Ｓα＜類似度Ｓβでない場合には、現在位置よりもβ端側に、補正環２０Ａの最適な調整位置があると見なすことができる。

ステップＳ１３において、制御部２５は、現在位置をβ’端として、補正環２０Ａをα端またはα’端と、β’端との中間位置へ移動する。そして、制御部２５は、ステップＳ８に戻り、ステップＳ８以降の処理を再び行う。

ステップＳ１４において、制御部２５は、現在位置をα’端として、補正環２０Ａをα’端と、β端またはβ’端との中間位置へ移動する。そして、制御部２５は、ステップＳ８に戻り、ステップＳ８以降の処理を再び行う。

そして、制御部２５は、新たにステップＳ９で求めた差分Ｄγに基づいて、類似度Ｓαおよび類似度Ｓβを求め、その比較結果に基づいて次の調整位置を決定する。制御部２５は、類似度Ｓαと類似度Ｓβとを比較し、補正環２０Ａの最適な調整位置が、現在位置よりもα端側にあるかβ端側にあるかを判定する。そして、判定した端の方向に調整範囲をシフトし、次の調整範囲を決定する。

例えば、１回目の処理において、類似度Ｓαと類似度Ｓβとを比較した結果、補正環２０Ａの最適な調整位置が中間位置よりもα端側にあると判定すると、図７に示すように、現在位置をβ’端に決定する。そして、２回目の処理において、類似度Ｓαと類似度Ｓβとを同様に比較した結果、例えば、補正環２０Ａの最適な調整位置が中間位置よりもβ’端側にあると判定すると、図７に示すように、現在位置をα’端に決定する。制御部２５は、このような処理（ステップＳ１からステップＳ１４）を、差分Ｄγ≒０である（ステップＳ１０ＹＥＳ）と判定されるまで繰り返し行うことにより、補正環２０Ａの最適な調整位置を求めることができる。

なお、複数回の処理を繰り返すことにより調整範囲が収束してくると、像のボケが小さくなり判断が困難になる場合がある。この場合は、先に焦点深度の１から２倍としたＰＺＴ駆動部２０Ｂを制御する量を、狭く調整しても良い。この範囲は徐々に狭くしても良いし、段階的に狭くしても良い。

以上説明したように、第１実施形態によれば、観察光学系と、観察光学系を介した被観察物の像を撮像して画像を生成する撮像部と、観察光学系内に配置され、観察形態に起因して発生する収差を補正する収差補正部とを備え、撮像部により生成した複数の画像に基づいて、収差補正部による収差補正量、すなわち収差補正部の観察光学系内における適切な位置を決定する。そして、決定した収差補正量に基づいて収差補正部による収差補正を行う。したがって、顕微鏡装置において発生するカバーガラスの厚みや浸液の温度に依存する屈折率の変化等の観察形態に起因する収差を、顕微鏡装置の使用状況に即して、適切かつ簡単に補正することができる。特に、第１実施形態によれば、生細胞など、対物レンズの光軸方向に厚みを有する被観察物に関しても、光学的な歪みを、顕微鏡装置の使用状況に即して、適切かつ簡単に補正することができる。

また、第１実施形態によれば、複数の画像に基づいて、観察光学系の光軸方向における像強度の広がりに関する対称性を、焦点面前後において解析し、解析結果にしたがって収差補正量を決定する。したがって、温度依存性による浸液の屈折率変化などの影響を受けずに適切な収差補正量を決定することができる。

また、第１実施形態によれば、観察光学系の光軸方向における撮像位置を変更する変更部を備え、撮像位置が異なる状態において撮像部により生成した複数の画像に基づいて、収差補正量を決定する。したがって、顕微鏡装置が備える構成を活用して、適切な収差補正量を決定するのに適した画像を生成することができる。

＜第２実施形態＞
以下、図面を用いて第２実施形態について説明する。なお、第２実施形態は、第１実施形態の変形例であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第２実施形態の顕微鏡装置の構成は、第１実施形態の顕微鏡装置１と同様である。したがって、以下では第１実施形態と同様の符号を用いて説明する。

図８および図９のフローチャートは第２実施形態の顕微鏡装置１において、補正環２０Ａを自動制御する際の制御部２５の動作を示す。

ステップＳ３１において、制御部２５は、第１実施形態のステップＳ１と同様の方法で、対物レンズ２０の補正環２０Ａを制御して、補正環２０Ａをα端に調整する。

ステップＳ３２において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、断面画像を生成する。制御部２５は、断面画像を生成するために、ＰＺＴ駆動部２０Ｂを制御して、焦点深度の所定倍の幅を微少間隔でステップ駆動し、撮像位置を変更するたびに、撮像部２３を制御して画像を生成する。そして、制御部２５は、生成した複数の画像を公知技術と同様の方法で３Ｄ構築し、ｘ−ｚ平面の断面画像を生成する。図１０Ａから図１０Ｃは断面画像の例を示す。

ステップＳ３３において、制御部２５は、ステップＳ３２で生成した断面画像の光軸方向の対称度Ｌαを求める。制御部２５は、例えば、断面画像のうち強度が最高である点を通るｘ方向の直線で断面画像を折り返し、対応する画素の対称度を求めて対称度Ｌαとする。なお、必ずしも全ての画素について差分を求める必要はなく、主要部分が含まれる注目領域の画素のみについて対称度Ｌαを求めても良い。

ステップＳ３４において、制御部２５は、第１実施形態のステップＳ４と同様の方法で、対物レンズ２０の補正環２０Ａを制御して、補正環２０Ａをβ端に調整する。

ステップＳ３５において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、ステップＳ３２と同様の方法で断面画像を生成する。

ステップＳ３６において、制御部２５は、ステップＳ３５で生成した断面画像の光軸方向の対称度Ｌβを求める。制御部２５は、ステップＳ３３と同様の方法で対称度Ｌβを求める。

ステップＳ３７において、制御部２５は、第１実施形態のステップＳ７と同様の方法で、対物レンズ２０の補正環２０Ａを制御して、補正環２０Ａをα端およびβ端の中間位置に調整する。

ステップＳ３８において、制御部２５は、撮像部２３を制御して、ステップＳ３２と同様の方法で断面画像を生成する。

ステップＳ３９において、制御部２５は、ステップＳ３８で生成した断面画像の光軸方向の対称度Ｌγを求める。制御部２５は、ステップＳ３３と同様の方法で対称度Ｌγを求める。

ステップＳ４０において、制御部２５は、ステップＳ３９で求めた対称度Ｌγ≒０であるか否かを判定する。そして、制御部２５は、対称度Ｌγ≒０であると判定すると一連の処理を終了する。一方、対称度Ｌγ≒０でないと判定すると、制御部２５は、ステップＳ４１に進む。

ステップＳ４１において、制御部２５は、第１実施形態のステップＳ１０と同様の方法で、ステップＳ３３で求めた対称度ＬαとステップＳ３９で求めた対称度Ｌγとの類似度Ｓαを求めるとともに、ステップＳ３６で求めた対称度ＬβとステップＳ３９で求めた対称度Ｌγとの類似度Ｓβを求める。

ステップＳ４２からステップＳ４４において、制御部２５は、第１実施形態のステップＳ１２からステップＳ１４様の処理を行う。

なお、図１０Ｂは、補正環２０Ａが最適な調整位置に調整され、収差が補正されている状態の断面画像の例を示す。また、図１０Ａおよび図１０Ｃは、補正環２０Ａが最適な調整位置からずれて調整され、収差が残っている状態の断面画像の例を示す。図１０Ｂの例では、折り返し線Ｆ２（強度が最高である点を通るｘ方向の直線）に対して、強度の分布が略対称であることが分かる。また、図１０Ａおよび図１０Ｃの例では、折り返し線Ｆ１およびＦ３に対して、強度の分布が非対称であることが分かる。

以上説明したように、第２実施形態によれば、複数の画像に基づき、光軸方向と平行な方向の断面画像を作成し、作成した断面画像に基づいて、光軸方向における像強度の広がりに関する対称性を解析し、解析結果にしたがって収差補正量を決定する。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３実施形態＞
以下、第３実施形態について説明する。なお、第３実施形態は、第１実施形態および第２実施形態の変形例であるため、第１実施形態および第２実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

第３実施形態の顕微鏡装置の構成は、第１実施形態および第２実施形態の顕微鏡装置１と同様である。したがって、以下では第１実施形態と同様の符号を用いて説明する。

第３実施形態の顕微鏡装置１は、制御部２５内の不図示のメモリに、補正環２０Ａの調整位置とその状態で得られる画像とを対応づけたテーブルを予め記録している。テーブルに記録される画像は、第１実施形態で説明した画像（図６Ａから図６Ｆの画像）でも良いし、第２実施形態で説明した断面画像（図１０Ａから図１０Ｃの画像）でも良い。また、各画像の代わりに第１実施形態の差分Ｄαや差分Ｄβ、第２実施形態の対称度Ｌαや対称度Ｌβを記録しても良い。

そして、制御部２５は、第１実施形態または第２実施形態と同様の方法で画像を生成し、このテーブルと照らし合わせることにより、補正環２０Ａの最適な調整位置を推測することができる。なお、このテーブルは顕微鏡装置１を使用する使用状況（特に温度、他に湿度、明るさなど）を想定して用意するのが好ましい。通常、顕微鏡装置は一定の環境に調整された実験室などで利用されるため、使用状況を予め想定することは容易である。

以上説明したように、第３実施形態によれば、複数の画像の比較結果と収差補正量との適切な対応関係を予め記録し、記録した対応関係に基づいて、収差補正量を決定する。したがって、テーブルと照らし合わせるという簡単な処理で、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第１実施形態から第３実施形態では、ユーザにより手動操作可能な補正環２０Ａを備える構成を例に挙げて説明したが、補正環２０Ａを備えず、補正群Ｇ（図２Ａ参照）のレンズを制御部２５によってのみ自動制御可能な構成としても良い。

＜第４実施形態＞
以下、図面を用いて第４実施形態について説明する。なお、第４実施形態は、第１実施形態から第３実施形態の変形例であるため、第１実施形態から第３実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１１は、第３実施形態の顕微鏡装置３１の構成を示す図である。図１１に示すように、顕微鏡装置３１は、光源３２、コレクタレンズ３３、視野絞り３４、フィールドレンズ３５、折り返しミラー３６、開口絞り３７、コンデンサレンズ３８、対物レンズ３９、ハーフミラー４０、第２対物レンズ４１、デフォーマブルミラー４２の各部を備える。視野絞り３４は、コレクタレンズ３３の後側焦点の共役位置近傍に配置される。また、開口絞り３７は、コンデンサレンズ３８の前側焦点の近傍位置に配置される。

光源３２から射出された光束は、コレクタレンズ３３によって平行光に変換される。そして、視野絞り３４の像はフィールドレンズ３５および折り返しミラー３６を通過してｚ方向下向きの光束に変換された後に、開口絞り３７を通過し、コンデンサレンズ３８によって標本Ｔ上に投影される。標本Ｔからの光束は、対物レンズ３９で集光された後に、ハーフミラー４０を透過し、結像光としてデフォーマブルミラー４２に入射する。デフォーマブルミラー４２は、背面のアクチュエータを制御することにより、自由な形状に変更可能な反射型波面変換素子である。デフォーマブルミラー４２で波面変換を受け反射された光束は、ハーフミラー４０により反射された後に、第２対物レンズ４１で結像され、後述する撮像部の撮像面に結像する。

なお、対物レンズ２０は、第１実施形態と同様のＰＺＴ駆動部３９Ｂを備えるが、第１実施形態のような補正環は備えない。

顕微鏡装置３１は、上述した各構成に加えて、さらに、第１実施形態と同様の撮像部２３、表示部２４、制御部２５の各部を備える。ただし、制御部２５は、第１実施形態と同様に、ＰＺＴ駆動部３９Ｂ、撮像部２３の各部と相互に接続されるとともに、デフォーマブルミラー４２にも接続され、これらの各部を自動制御可能である。

以上説明した構成の顕微鏡装置３１において、制御部２５は、第１実施形態から第３実施形態のように補正環２０Ａを自動制御する代わりに、デフォーマブルミラー４２を制御する。制御の具体的な方法は、第１実施形態から第３実施形態と同様である。すなわち、補正環２０Ａの調整範囲（時計回りの制限位置から反時計回りの制限位置まで）を、デフォーマブルミラー４２の形状を調整可能な範囲に置き換えて、第１実施形態から第３実施形態と同様の処理を行うことにより、デフォーマブルミラー４２の最適な調整形状を求めることができる。

以上説明したように、第４実施形態によれば、観察光学系に波面変調素子を備え、波面変換素子を制御することにより収差を補正する。そして、収差補正量として、波面変換素子の制御量を決定する。したがって、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。

なお、第４実施形態では、対物レンズ３９の外に波面変換素子であるデフォーマブルミラー４２を備える例を示したが、対物レンズ３９の内部に波面変換素子に相当する部材などを備える構成としても良い。例えば、対物レンズ３９が有するレンズ群の一部のレンズ表面に波面変換素子を備える構成としても良いし、対物レンズ３９が有するレンズ群の一部に、レンズ特性を変更可能な特殊レンズ（例えば、Ｌｉｑｕｉｄレンズ等）を備える構成としても良い。

なお、上記各実施形態で説明した処理の一部を、ユーザによる手動操作に基づいて行う構成としても良い。例えば、上記各実施形態で説明した処理をユーザが手動で行うためのガイドを表示部２４に表示する構成としても良い。この場合、「補正環をα端に調整してください」や「焦点合わせを行ってください」など、ユーザの操作を促すメッセージを順次表示部２４に表示すれば良い。このような表示を行うことにより、ユーザはガイドにしたがって操作を行い、補正環２０Ａやデフォーマブルミラー４２を適切に調整することができる。

また、画像の生成（第１実施形態ステップＳ２，Ｓ５，Ｓ８および第２実施形態ステップＳ３２，Ｓ３５，Ｓ３８）のみを自動で行い、生成した画像を表示部２４に表示する構成としても良い。この場合、ユーザは、表示部２４に表示された画像を目視して、補正環２０Ａやデフォーマブルミラー４２の調整量を判断し、操作することができる。

また、調整量の決定（第１実施形態ステップＳ１からステップＳ１２および第２実施形態ステップＳ３１からステップＳ４２）のみを自動で行い、決定した調整量を表示部２４に表示する構成としても良い。この場合、ユーザは、表示部２４に表示された調整量にしたがって、補正環２０Ａやデフォーマブルミラー４２を適切に調整することができる。

また、上記各実施形態では、各評価値（第１実施形態の差分Ｄαおよび差分Ｄβ、第２実施形態の対称度Ｌαおよび対称度Ｌβなど）を画素値に基づいて求める例を示したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、ＰＳＦ（Point Spread Function）、ＭＴＦ（Modulation Transfer Function）などを利用しても良いし、輝度、コントラスト、解像度などの特性を利用しても良い。さらに、複数のファクターを組み合わせて利用しても良い。

また、上記各実施形態では、撮像部２３の撮像素子については特に言及しなかったが、被観察物である標本Ｔの像を取得可能であれば、エリアセンサであっても良いしラインセンサであっても良い。また、モノクロセンサであっても良いし、カラーセンサであっても良い。なお、撮像部２３の撮像素子としてカラーセンサを備える場合には、色情報を利用してより詳細な収差補正を行うことも可能である。

また、上記各実施形態では、標本Ｔとして、公知の蛍光試薬により染色された蛍光ビーズを例に挙げて説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、吸収体の標本であっても良いし、ビーズ状以外の形状を有する標本であっても良い。

また、上記各実施形態で説明した顕微鏡装置の構成は一例であり、本発明はこの例に限定されない。例えば、デフォーマブルミラー（第４実施形態、図１１参照）以外の波面変換素子を備えた顕微鏡装置にも本発明を同様に適用することができる。また、上記各実施形態で説明した以外の構成を有する顕微鏡装置や、上記各実施形態で説明した以外の検鏡方法を有する顕微鏡装置にも本発明を同様に適用することができる。

１・３１…顕微鏡装置、１１・３２…光源、２０・３９…対物レンズ、２０Ａ…補正環、２３…撮像部、２４…表示部、２５…制御部、４２…デフォーマブルミラー

Claims (10)

1. 観察光学系と、
   前記観察光学系を介した被観察物の像を撮像して画像を生成する撮像部と、
   観察形態に起因して発生する収差を補正する収差補正部と、
   前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正部による収差補正量を決定する決定部と
   を備えたことを特徴とする顕微鏡装置。
2. 請求項１に記載の顕微鏡装置において、
   前記決定部は、複数の前記画像に基づいて、前記観察光学系の光軸方向における像強度の広がりに関する対称性を、焦点面前後において解析し、当該解析結果にしたがって前記収差補正量を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置において、
   前記観察光学系の光軸方向における撮像位置を変更する変更部を備え、
   前記決定部は、前記撮像位置が異なる状態において前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正量を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
4. 請求項３に記載の顕微鏡装置において、
   前記決定部は、複数の前記画像に基づき、前記光軸方向と平行な方向の断面画像を作成し、作成した前記断面画像に基づいて、前記光軸方向における像強度の広がりに関する対称性を解析し、当該解析結果にしたがって前記収差補正量を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
5. 請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置において、
   前記決定部は、前記収差補正部による収差補正量が異なる状態において前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正量を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
6. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の顕微鏡装置において、
   前記観察光学系は、補正環を有する対物レンズを含み、
   前記収差補正部は、前記補正環の回転角度を制御することにより前記収差を補正し、
   前記決定部は、前記収差補正量として、前記回転角度を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
7. 請求項１から請求項５の何れか１項に記載の顕微鏡装置において、
   前記観察光学系は、波面変換素子を備え、
   前記収差補正部は、前記波面変換素子を制御することにより前記収差を補正し、
   前記決定部は、前記収差補正量として、前記波面変換素子の制御量を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
8. 請求項１から請求項７の何れか１項に記載の顕微鏡装置において、
   複数の前記画像の比較結果と前記収差補正量との適切な対応関係を予め記録する記録部を備え、
   前記決定部は、前記対応関係に基づいて、前記収差補正量を決定する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
9. 請求項１から請求項８の何れか１項に記載の顕微鏡装置において、
   前記収差補正部は、前記決定部において決定した前記収差補正量に基づいて、前記収差を補正する
   ことを特徴とする顕微鏡装置。
10. 観察光学系と、前記観察光学系を介した被観察物の像を撮像して画像を生成する撮像部と、観察形態に起因して発生する収差を補正する収差補正部とを備えた顕微鏡装置に対する制御をコンピュータで実現するための顕微鏡装置制御プログラムであって、
    前記撮像部により生成した複数の前記画像に基づいて、前記収差補正部による収差補正量を決定する決定ステップと、
    前記収差補正量に基づいて、前記収差補正部の駆動量を制御する収差補正ステップと
    を有することを特徴とする顕微鏡装置制御プログラム。

Images