WO2009153919A1 - 顕微鏡装置および顕微鏡装置制御プログラム - Google Patents

顕微鏡装置および顕微鏡装置制御プログラム Download PDF

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WO2009153919A1
WO2009153919A1 PCT/JP2009/002296 JP2009002296W WO2009153919A1 WO 2009153919 A1 WO2009153919 A1 WO 2009153919A1 JP 2009002296 W JP2009002296 W JP 2009002296W WO 2009153919 A1 WO2009153919 A1 WO 2009153919A1
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aberration correction
unit
microscope apparatus
aberration
correction amount
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PCT/JP2009/002296
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大内由美子
川人敬
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株式会社ニコン
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    • G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B21/00—Microscopes
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    • G02B27/0068—Optical systems or apparatus not provided for by any of the groups G02B1/00 - G02B26/00, G02B30/00 for optical correction, e.g. distorsion, aberration having means for controlling the degree of correction, e.g. using phase modulators, movable elements
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    • G06T2207/10—Image acquisition modality
    • G06T2207/10141—Special mode during image acquisition
    • G06T2207/10148—Varying focus

Definitions

  • the present invention relates to a microscope apparatus provided with an observation optical system and a microscope apparatus control program for realizing control of the microscope apparatus by a computer.
  • the thickness of the cover glass that protects the sample or the sample is held based on the distance between the sample that is the observation target arranged in the microscope and the objective lens that the microscope has.
  • An object of the present invention is to appropriately and easily correct an aberration caused by an observation form, which occurs in observation with a microscope apparatus, in accordance with a use state of the microscope apparatus.
  • the microscope apparatus of the present invention includes an observation optical system, an imaging unit that captures an image of an object to be observed via the observation optical system, and generates an image, and aberration correction that corrects aberrations caused by the observation mode And a determination unit that determines an aberration correction amount by the aberration correction unit based on the plurality of images generated by the imaging unit.
  • the determination unit analyzes the symmetry regarding the spread of the image intensity in the optical axis direction of the observation optical system based on the plurality of images before and after the focal plane, and determines the aberration correction amount according to the analysis result. You may decide.
  • a change unit that changes an imaging position in the optical axis direction of the observation optical system is provided, and the determination unit corrects the aberration based on the plurality of images generated by the imaging unit in a state where the imaging position is different.
  • the amount may be determined.
  • the determining unit creates a cross-sectional image in a direction parallel to the optical axis direction based on the plurality of images, and based on the created cross-sectional image, symmetry regarding the spread of image intensity in the optical axis direction.
  • the aberration correction amount may be determined according to the analysis result.
  • the determination unit may determine the aberration correction amount based on the plurality of images generated by the imaging unit in a state where the aberration correction amount by the aberration correction unit is different.
  • the observation optical system includes an objective lens having a correction ring, the aberration correction unit corrects the aberration by controlling a rotation angle of the correction ring, and the determination unit sets the aberration correction amount as the aberration correction amount.
  • the rotation angle may be determined.
  • the observation optical system includes a wavefront conversion element
  • the aberration correction unit corrects the aberration by controlling the wavefront conversion element
  • the determination unit uses the wavefront conversion element as the aberration correction amount.
  • the control amount may be determined.
  • a recording unit that records in advance an appropriate correspondence relationship between the comparison results of the plurality of images and the aberration correction amount; and the determination unit may determine the aberration correction amount based on the correspondence relationship. good.
  • the aberration correction unit may correct the aberration based on the aberration correction amount determined by the determination unit.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of a control unit 25 when automatically controlling a correction ring 20A in the microscope apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the microscope apparatus 1 of 1st Embodiment it is a flowchart which shows operation
  • the microscope apparatus 1 of 1st Embodiment it is a flowchart which shows operation
  • the microscope apparatus 1 of 1st Embodiment it is a figure which shows an example of the image produced
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a microscope apparatus 1 according to the first embodiment.
  • the microscope apparatus 1 includes a light source 11, a collector lens 12, a first relay lens 13, an aperture stop 14, a second relay lens 15, a field stop 16, a field lens 17, an excitation filter 18, and a dichroic mirror 19. ,
  • the aperture stop 14 is disposed in the vicinity of the position where the light source image is formed by the collector lens 12 and the first relay lens 13.
  • the field stop 16 is disposed in the vicinity of the conjugate point of the front focal point of the collector lens 12 formed by the second relay lens 15.
  • the light beam emitted from the light source 11 sequentially passes through the collector lens 12, the first relay lens 13, the aperture stop 14, the second relay lens 15, and the field stop 16, and is converted into parallel light by the field lens 17. Is incident on. Then, the light beam whose wavelength is selected by the excitation filter 18 is selectively reflected by the dichroic mirror 19 and enters the objective lens 20.
  • the light beam incident on the objective lens 20 illuminates the specimen T.
  • the specimen T is, for example, a specimen stained with a known fluorescent reagent. In this specimen T, the reagent is partially excited according to the intensity of the excitation light (illumination light) and the irradiation region, and emits fluorescence.
  • Fluorescence emitted from the sample T is collected by the objective lens 20 and sequentially passes through the dichroic mirror 19 and the barrier filter 21. Then, the light beam that has passed through the barrier filter 21 is imaged by the second objective lens 22 and is imaged on an imaging surface of an imaging unit described later.
  • the objective lens 20 includes a correction ring 20A and a PZT driving unit 20B.
  • FIG. 2A is an internal cross-sectional view of the objective lens 20.
  • the objective lens 20 has a plurality of lens groups, and by moving the lens system of the correction group G in the direction of the arrow a, the temperature of the cover glass and immersion liquid for fixing the sample T It is possible to correct an aberration caused by a change in refractive index depending on.
  • FIG. 2B is an external view of the objective lens 20. The user can manually move the correction group G described above by rotating the correction ring 20A in the direction of the arrow b.
  • the PZT drive unit 20B is a drive unit for accurately driving the whole or a part of the lens system included in the objective lens 10 in the optical axis direction (z direction).
  • the microscope apparatus 1 further includes each unit of an imaging unit 23, a display unit 24, and a control unit 25 in addition to the above-described components.
  • the imaging unit 23 includes an imaging element (not shown), captures an image of the sample T, and generates an image.
  • the display unit 24 includes a display element (not shown) and displays images, menus, and the like.
  • the control unit 25 includes a computer and the like, and comprehensively controls each unit of the microscope apparatus 1.
  • the control unit 25 is mutually connected to the correction ring 20A, the PZT driving unit 20B, and the imaging unit 23, and can automatically control these units.
  • the output of the control unit 25 is also connected to the display unit 24.
  • step S1 the control unit 25 controls the correction ring 20A of the objective lens 20 to adjust the correction ring 20A to the ⁇ end.
  • the ⁇ end is one end of an adjustment width when the correction ring 20A is automatically controlled, and the first time is, for example, a clockwise limit position of the correction ring 20A.
  • step S2 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate two images.
  • step S21 the control unit 25 controls the PZT driving unit 20B to perform focusing. Any method of focus adjustment may be used.
  • step S22 the control unit 25 controls the PZT driving unit 20B by an appropriate amount, and moves the imaging position from the in-focus position to the imaging unit 23 side.
  • the appropriate amount for controlling the PZT driving unit 20B means about 1 to 2 times the depth of focus.
  • step S23 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate a first image.
  • FIG. 6A shows an example of a first image generated with the correction ring 20A adjusted to the ⁇ end.
  • an example of an image obtained by focusing on an arbitrary fluorescent bead while the fluorescent bead in the sample T is within the field of view of the image pickup device of the image pickup unit 23 and cutting out only that portion.
  • step S24 the control unit 25 controls the PZT driving unit 20B to move the imaging position in the opposite direction to step S22 by the same amount as the movement amount in step S22.
  • step S25 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate a second image.
  • FIG. 6C shows an example of a second image generated with the correction ring 20A adjusted to the ⁇ end.
  • FIG. 6B shows an example of an image generated in a state where the correction ring 20A is adjusted to the ⁇ end and focused (the state in step S21).
  • step S3 the control unit 25 obtains a difference D ⁇ between the two images generated in step S23 and step S25.
  • the control unit 25 obtains a difference between pixel values at corresponding positions in the two images as the difference D ⁇ between the two images. Note that it is not always necessary to obtain the difference for all the pixels, and the difference may be obtained only for the pixel in the attention area including the main part.
  • step S4 the control unit 25 controls the correction ring 20A of the objective lens 20 to adjust the correction ring 20A to the ⁇ end.
  • the ⁇ end is the other end of the adjustment width when the correction ring 20A is automatically controlled (the end opposite to the ⁇ end described above), and the first time is, for example, a counterclockwise limit position of the correction ring 20A. .
  • step S5 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate two images in the same manner as in step S2.
  • FIG. 6D shows an example of the first image generated with the correction ring 20A adjusted to the ⁇ end
  • FIG. 6F shows an example of the second image generated with the correction ring 20A adjusted to the ⁇ end.
  • FIG. 6E shows an example of an image generated with the correction ring 20A adjusted to the ⁇ end and focused.
  • step S6 the control unit 25 obtains a difference D ⁇ between the two images generated in step S5.
  • the control unit 25 obtains the difference D ⁇ by the same method as in step S3.
  • step S7 the control unit 25 controls the correction ring 20A of the objective lens 20 to adjust the correction ring 20A to an intermediate position between the ⁇ end and the ⁇ end.
  • step S8 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate two images in the same manner as in step S2.
  • step S9 the control unit 25 obtains a difference D ⁇ between the two images generated in step S8.
  • the control unit 25 obtains the difference D ⁇ by the same method as in step S3.
  • step S10 the control unit 25 determines whether or not the difference D ⁇ calculated in step S9 is 0. When the control unit 25 determines that the difference D ⁇ 0, the series of processing ends. On the other hand, if it is determined that the difference D ⁇ is not approximately 0, the control unit 25 proceeds to step S11.
  • step S11 the control unit 25 obtains the similarity S ⁇ between the difference D ⁇ obtained in step S3 and the difference D ⁇ obtained in step S9, and the difference D ⁇ obtained in step S6 and the difference D ⁇ obtained in step S9.
  • the similarity S ⁇ is obtained.
  • the control unit 25 compares the distribution of the difference D ⁇ and the difference D ⁇ as the similarity S ⁇ to obtain the similarity.
  • the objects for which the similarity S ⁇ is to be obtained do not necessarily need to be all of the differences D ⁇ and D ⁇ , and the similarity S ⁇ is obtained only for the differences D ⁇ and D ⁇ corresponding to the pixels in the region of interest including the main part. May be.
  • the control unit 25 obtains the similarity S ⁇ by the same method.
  • step S12 the control unit 25 determines whether or not the similarity S ⁇ obtained in step S11 ⁇ similarity S ⁇ . If the similarity S ⁇ ⁇ similarity S ⁇ , the process proceeds to step S13. On the other hand, when similarity S ⁇ ⁇ similarity S ⁇ is not satisfied (when similarity S ⁇ ⁇ similarity S ⁇ ), the process proceeds to step S14 described later.
  • the case of similarity S ⁇ ⁇ similarity S ⁇ is a case where the difference D ⁇ can be considered to be more similar to the difference D ⁇ than the difference D ⁇ , and the change in the image in the optical axis direction at the current position is the optical axis at the ⁇ end.
  • step S13 the control unit 25 sets the current position as the ⁇ ′ end, and moves the correction ring 20A to the ⁇ end or an intermediate position between the ⁇ ′ end and the ⁇ ′ end. And the control part 25 returns to step S8, and performs the process after step S8 again.
  • step S14 the control unit 25 moves the correction ring 20A to an intermediate position between the ⁇ ′ end and the ⁇ end or ⁇ ′ end with the current position as the ⁇ ′ end. And the control part 25 returns to step S8, and performs the process after step S8 again.
  • control part 25 calculates
  • the control unit 25 compares the similarity S ⁇ and the similarity S ⁇ , and determines whether the optimal adjustment position of the correction ring 20A is on the ⁇ end side or the ⁇ end side with respect to the current position. Then, the adjustment range is shifted in the direction of the determined end, and the next adjustment range is determined.
  • the control unit 25 repeats such processing (step S1 to step S14) until it is determined that the difference D ⁇ 0 (YES in step S10), thereby obtaining the optimum adjustment position of the correction ring 20A. it can.
  • the amount of control of the PZT drive unit 20B which is previously set to 1 to 2 times the depth of focus, may be adjusted narrowly. This range may be gradually narrowed or may be narrowed in stages.
  • the observation optical system, the imaging unit that captures an image of the object to be observed via the observation optical system, and generates the image are arranged in the observation optical system.
  • An aberration correction unit that corrects aberrations caused by the observation form, and based on a plurality of images generated by the imaging unit, an aberration correction amount by the aberration correction unit, that is, an appropriate amount of aberration correction unit in the observation optical system The correct position. Then, the aberration correction unit performs aberration correction based on the determined aberration correction amount.
  • the aberration caused by the observation mode such as the change in the refractive index depending on the thickness of the cover glass and the temperature of the immersion liquid generated in the microscope apparatus can be corrected appropriately and easily in accordance with the use situation of the microscope apparatus.
  • the optical distortion can be appropriately and easily adjusted in accordance with the use state of the microscope apparatus. It can be corrected.
  • the symmetry regarding the spread of the image intensity in the optical axis direction of the observation optical system is analyzed before and after the focal plane based on a plurality of images, and the aberration correction amount is determined according to the analysis result. To do. Therefore, an appropriate aberration correction amount can be determined without being affected by the refractive index change of the immersion liquid due to temperature dependency.
  • the change unit that changes the imaging position in the optical axis direction of the observation optical system is provided, and the aberration correction amount is calculated based on a plurality of images generated by the imaging unit in a state where the imaging position is different. decide. Therefore, an image suitable for determining an appropriate aberration correction amount can be generated by utilizing the configuration of the microscope apparatus.
  • the configuration of the microscope apparatus of the second embodiment is the same as that of the microscope apparatus 1 of the first embodiment. Therefore, the following description will be made using the same reference numerals as in the first embodiment.
  • step S31 the control unit 25 controls the correction ring 20A of the objective lens 20 and adjusts the correction ring 20A to the ⁇ end by the same method as in step S1 of the first embodiment.
  • step S32 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate a cross-sectional image.
  • the control unit 25 controls the PZT driving unit 20B to generate a cross-sectional image, step-drives a predetermined multiple of the depth of focus at a minute interval, and controls the imaging unit 23 every time the imaging position is changed. To generate an image. Then, the control unit 25 3D constructs the plurality of generated images by a method similar to a known technique, and generates an xz plane cross-sectional image. 10A to 10C show examples of cross-sectional images.
  • step S33 the control unit 25 obtains the symmetry L ⁇ in the optical axis direction of the cross-sectional image generated in step S32.
  • the control unit 25 folds the cross-sectional image along a straight line in the x direction passing through the point having the highest intensity among the cross-sectional images, and obtains the symmetry degree of the corresponding pixel as the symmetry degree L ⁇ . Note that it is not always necessary to obtain the difference for all the pixels, and the degree of symmetry L ⁇ may be obtained only for the pixel in the attention area including the main part.
  • step S34 the control unit 25 controls the correction ring 20A of the objective lens 20 and adjusts the correction ring 20A to the ⁇ end in the same manner as in step S4 of the first embodiment.
  • step S35 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate a cross-sectional image by the same method as in step S32.
  • step S36 the control unit 25 obtains the symmetry L ⁇ in the optical axis direction of the cross-sectional image generated in step S35.
  • the control unit 25 obtains the symmetry L ⁇ by the same method as in step S33.
  • step S37 the control unit 25 controls the correction ring 20A of the objective lens 20 and adjusts the correction ring 20A to an intermediate position between the ⁇ end and the ⁇ end in the same manner as in step S7 of the first embodiment.
  • step S38 the control unit 25 controls the imaging unit 23 to generate a cross-sectional image by the same method as in step S32.
  • step S39 the control unit 25 obtains the symmetry L ⁇ in the optical axis direction of the cross-sectional image generated in step S38.
  • the control unit 25 obtains the symmetry L ⁇ by the same method as in step S33.
  • step S40 the control unit 25 determines whether or not the degree of symmetry L ⁇ found in step S39 is 0. If the control unit 25 determines that the degree of symmetry L ⁇ 0, the series of processing ends. On the other hand, when determining that the degree of symmetry L ⁇ 0 is not satisfied, the control unit 25 proceeds to step S41.
  • step S41 the control unit 25 obtains the similarity S ⁇ between the symmetry L ⁇ obtained in step S33 and the symmetry L ⁇ obtained in step S39 by the same method as in step S10 of the first embodiment, and step S36.
  • a degree of similarity S ⁇ between the degree of symmetry L ⁇ obtained in step S39 and the degree of symmetry L ⁇ obtained in step S39 is obtained.
  • step S42 to step S44 the control unit 25 performs the processing from step S12 to step S14 of the first embodiment.
  • FIG. 10B shows an example of a cross-sectional image in a state where the correction ring 20A is adjusted to the optimum adjustment position and the aberration is corrected.
  • FIG. 10A and FIG. 10C show examples of cross-sectional images in a state where the correction ring 20A is adjusted out of the optimal adjustment position and aberration remains.
  • the intensity distribution is substantially symmetric with respect to the folding line F2 (the straight line in the x direction passing through the point having the highest intensity).
  • FIGS. 10A and 10C it can be seen that the intensity distribution is asymmetric with respect to the folding lines F1 and F3.
  • a cross-sectional image in a direction parallel to the optical axis direction is created, and based on the created cross-sectional image, the image intensity spread in the optical axis direction.
  • the amount of aberration correction is determined according to the analysis result. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the configuration of the microscope apparatus of the third embodiment is the same as that of the microscope apparatus 1 of the first embodiment and the second embodiment. Therefore, the following description will be made using the same reference numerals as in the first embodiment.
  • the microscope apparatus 1 records in advance a table in which an adjustment position of the correction ring 20A and an image obtained in that state are associated with each other in a memory (not illustrated) in the control unit 25.
  • the image recorded in the table may be the image described in the first embodiment (images of FIGS. 6A to 6F) or the cross-sectional image described in the second embodiment (images of FIGS. 10A to 10C). Further, instead of each image, the difference D ⁇ and the difference D ⁇ of the first embodiment, and the symmetry L ⁇ and the symmetry L ⁇ of the second embodiment may be recorded.
  • control part 25 can estimate the optimal adjustment position of the correction
  • This table is preferably prepared on the assumption that the microscope apparatus 1 is used (particularly temperature, humidity, brightness, etc.). Usually, since a microscope apparatus is used in a laboratory or the like adjusted to a certain environment, it is easy to assume a usage situation in advance.
  • an appropriate correspondence between the comparison results of a plurality of images and the aberration correction amount is recorded in advance, and the aberration correction amount is determined based on the recorded correspondence. Therefore, an effect similar to that of the first embodiment can be obtained by a simple process of collating with the table.
  • the configuration including the correction ring 20A that can be manually operated by the user has been described as an example.
  • the correction ring 20A is not provided and the correction group G (see FIG. 2A) is included.
  • the lens may be configured to be automatically controllable only by the control unit 25.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating a configuration of the microscope apparatus 31 according to the third embodiment.
  • the microscope apparatus 31 includes a light source 32, a collector lens 33, a field stop 34, a field lens 35, a folding mirror 36, an aperture stop 37, a condenser lens 38, an objective lens 39, a half mirror 40, and a second objective.
  • Each part of the lens 41 and the deformable mirror 42 is provided.
  • the field stop 34 is disposed in the vicinity of the conjugate position of the rear focal point of the collector lens 33.
  • the aperture stop 37 is disposed in the vicinity of the front focal point of the condenser lens 38.
  • the light beam emitted from the light source 32 is converted into parallel light by the collector lens 33.
  • the image of the field stop 34 passes through the field lens 35 and the folding mirror 36 and is converted into a light beam downward in the z direction, passes through the aperture stop 37, and is projected onto the sample T by the condenser lens 38.
  • the light beam from the sample T is collected by the objective lens 39, then passes through the half mirror 40, and enters the deformable mirror 42 as imaging light.
  • the deformable mirror 42 is a reflective wavefront conversion element that can be changed into a free shape by controlling a back actuator.
  • the light beam reflected and subjected to wavefront conversion by the deformable mirror 42 is reflected by the half mirror 40 and then imaged by the second objective lens 41 and imaged on the imaging surface of the imaging unit described later.
  • the objective lens 20 includes the same PZT drive unit 39B as in the first embodiment, but does not include a correction ring as in the first embodiment.
  • the microscope apparatus 31 further includes each unit of an imaging unit 23, a display unit 24, and a control unit 25 similar to those in the first embodiment in addition to the above-described components.
  • the control unit 25 is connected to each part of the PZT drive unit 39B and the imaging unit 23 and also to the deformable mirror 42, and these units can be automatically controlled. is there.
  • the control unit 25 controls the deformable mirror 42 instead of automatically controlling the correction ring 20A as in the first to third embodiments.
  • the specific method of control is the same as that in the first to third embodiments. That is, the adjustment range of the correction ring 20A (from the clockwise limit position to the counterclockwise limit position) is replaced with a range in which the shape of the deformable mirror 42 can be adjusted, and the first embodiment to the third embodiment. By performing the same processing, the optimum adjustment shape of the deformable mirror 42 can be obtained.
  • the observation optical system includes the wavefront modulation element, and the aberration is corrected by controlling the wavefront conversion element. Then, the control amount of the wavefront conversion element is determined as the aberration correction amount. Therefore, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • the objective lens 39 may include a member that corresponds to the wavefront conversion element.
  • the lens surface of a part of the lens group included in the objective lens 39 may have a wavefront conversion element, or a special lens (for example, a lens characteristic can be changed in part of the lens group included in the objective lens 39). It is good also as a structure provided with a Liquid lens.
  • it may be configured to automatically perform only image generation (first embodiment steps S2, S5, S8 and second embodiment steps S32, S35, S38) and display the generated image on the display unit 24.
  • image generation first embodiment steps S2, S5, S8 and second embodiment steps S32, S35, S38
  • the user can visually check the image displayed on the display unit 24, determine the adjustment amount of the correction ring 20A and the deformable mirror 42, and operate it.
  • first embodiment step S1 to step S12 and second embodiment step S31 to step S42 may be automatically performed, and the determined adjustment amount may be displayed on the display unit 24.
  • the user can appropriately adjust the correction ring 20 ⁇ / b> A and the deformable mirror 42 according to the adjustment amount displayed on the display unit 24.
  • the evaluation values are obtained based on the pixel values.
  • the present invention is not limited to this example.
  • PSF Point Spread Function
  • MTF Modulation Transfer Function
  • characteristics such as luminance, contrast, and resolution may be used.
  • a plurality of factors may be used in combination.
  • the imaging element of the imaging unit 23 is not particularly mentioned.
  • an area sensor or a line sensor may be used as long as an image of the specimen T that is an object to be observed can be acquired. There may be. Further, it may be a monochrome sensor or a color sensor.
  • a color sensor is provided as an image sensor of the imaging unit 23, it is possible to perform more detailed aberration correction using color information.
  • the sample T has been described by taking as an example a fluorescent bead stained with a known fluorescent reagent, but the present invention is not limited to this example.
  • it may be an absorber sample or a sample having a shape other than a bead shape.
  • the configuration of the microscope apparatus described in the above embodiments is an example, and the present invention is not limited to this example.
  • the present invention can be similarly applied to a microscope apparatus including a wavefront conversion element other than the deformable mirror (fourth embodiment, see FIG. 11).
  • the present invention can be similarly applied to a microscope apparatus having a configuration other than those described in the above embodiments and a microscope apparatus having a microscopic method other than that described in the above embodiments.

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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

顕微鏡装置および顕微鏡装置制御プログラム
　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。　
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