WO2014002536A1 - 顕微鏡撮像装置及び顕微鏡撮像方法 - Google Patents

Abstract

精度の良い焦点調整を容易にしつつ、撮像素子を容易に配置し得る顕微鏡撮像装置を提供する。顕微鏡撮像装置１Ａは、試料３が載置される載置面２ｂを有する試料台２と、載置面２ｂ上に設定された撮像領域の一部を撮像するための撮像素子４を有する撮像部６と、試料台２と撮像部６との間に配置され、撮像領域の一部からの光を撮像部６に向けて結像するための対物レンズ７を有する結像光学部８と、を備える。試料台２は、対物レンズ７の光軸Ｌに対して載置面２ｂが直交するように配置されている。試料台２及び対物レンズ７の少なくとも一方が、光軸Ｌに対して載置面２ｂを直交に保ったまま光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１へ移動可能に構成されるため、撮像素子４に対して複雑な角度調整を実施することなく焦点を試料３に高精度に合わせることができる。

Description

顕微鏡撮像装置及び顕微鏡撮像方法

　本発明は、顕微鏡撮像装置及び顕微鏡撮像方法に関する。

　特許文献１には、細胞分析などの検査装置に適用可能な顕微鏡画像撮像装置が記載されている。この装置は、試料が載置可能な試料載置面を有する試料載置ステージと、試料載置面上の撮像対象エリアの各部を順次撮影する撮像部と、顕微鏡画像を撮像部に結像するための対物レンズと、を備えている。この試料載置面は、対物レンズの光軸に直交するスキャン平面に対して傾いている。従って、試料載置ステージを光軸に直交する方向に移動すると、撮像対象エリアの位置が対物レンズに対して近接又は離間する方向に移動する。このような構成によれば、撮像対象エリア内において撮像部の撮像エリアを所定方向にスキャンさせる際、光軸に沿った一方向に対物レンズを移動させることにより、試料に焦点位置を合わせることが可能となる。

国際公開ＷＯ２００６／０９８４４３公報

　特許文献１に記載された顕微鏡画像撮像装置では、光軸に対して試料載置面が傾いている。この傾きのため、二次元の撮像対象エリア内では、試料から撮像素子までの光路長に差異が生じる。光路長の差異が生じると、撮像対象エリア内において精度の良い焦点調整が困難になるおそれがある。そこで、撮像素子を光軸に対して傾けて配置することにより、光路長の差異を解消する方法が考えられる。しかし、撮像素子を傾ける配置では、撮像素子の角度の調整が困難である。特に、撮像素子が、赤、緑、青のそれぞれに対応するＣＣＤを備える三板式ＣＣＤ装置である場合には、受光面が３つあるために撮像素子の角度の調整が特に困難である。

　上記問題に鑑みて、本発明では、精度の良い焦点調整を容易にしつつ、撮像素子を容易に配置し得る顕微鏡撮像装置及び当該顕微鏡撮像装置を用いた顕微鏡撮像方法を提供する。

　本発明の一側面に係る顕微鏡撮像装置は、試料が載置される載置面を有する試料台と、載置面上に設定された撮像領域の一部を撮像するための撮像素子を有する撮像部と、試料台と撮像部との間に配置され、撮像領域の一部からの光を撮像部に向けて結像するための対物レンズを有する結像光学部と、を備える。試料台は、対物レンズの光軸に対して載置面が直交するように配置される。試料台及び対物レンズの少なくとも一方は、光軸に対して載置面を直交に保ったまま光軸に対して斜めに交差する方向へ移動可能に構成される。

　上記顕微鏡撮像装置では、対物レンズの光軸と直交する載置面に撮像される試料が載置されるため、試料台に載置された試料から撮像素子までの光路長は、撮像領域内において差異を生じることがない。従って、撮像素子の受光面は光軸に対して直交するように配置すればよいので、撮像素子を容易に配置できる。さらに、試料が載置された試料台及び対物レンズの何れか一方が、光軸に対して斜めに交差する方向へ移動可能に構成されている。この移動によれば、試料台と対物レンズとが、相対的に、光軸に対して直交する方向へ移動すると共に、光軸に沿った一方向に近接又は離間する方向へ移動する。従って、光軸に沿った一方向への試料台及び対物レンズの移動の少なくとも何れか一方の移動に、他方を一方向に追従させることにより、焦点を試料に高精度に合わせることができる。

　本発明の一側面に係る顕微鏡撮像装置は、試料台を移動させる移動機構を更に備え、移動機構が試料台を移動させる方向は、光軸に対して斜めに交差してもよい。この構成によれば、試料台の載置面に載置された試料が、光軸に対して斜めに交差する方向へ移動される。この試料の移動によれば、光軸に対して直交する方向と、光軸に沿った方向への移動が同時に実現される。従って、対物レンズを光軸に沿った一方向に移動させることにより、光軸に沿った方向への移動する試料に対して焦点を高精度に合わせることができる。

　移動機構は、試料台と当接する傾斜面を有し、傾斜面は、光軸に対して斜めに交差する方向に延びていてもよい。この構成によれば、試料台が傾斜面に沿って移動することにより、光軸に対して斜めに交差する方向に試料台を確実に移動させることができる。

　試料台の載置面と移動機構の傾斜面に当接する試料台の当接面とのなす角度は、光軸に直交する仮想面と移動機構の前記傾斜面とのなす角度に等しくてもよい。この構成によれば、載置面が光軸に対して直交するように、試料台を移動機構に配置することができる。

　本発明の一側面に係る顕微鏡撮像装置は、移動機構を保持するベース部を更に備え、ベース部は、移動機構が試料台を移動させる方向を光軸に対して斜めに交差する方向に一致させるように移動機構を保持してもよい。この構成によれば、光軸に対して斜めに交差する方向に試料台を確実に移動させることができる。

　撮像素子は、光軸上に配置され、撮像領域の一部の二次元画像を取得してもよい。この構成によれば、試料の一部を撮像した二次元画像が取得されるため、試料全体の画像を効率よく取得することができる。

　撮像素子は、対物レンズの焦点情報を取得してもよい。この構成によれば、撮像素子に対して複雑な角度調整を実施することなく高精度の焦点調整が可能となる。

　本発明の一側面に係る顕微鏡撮像方法は、試料が載置される載置面を有する試料台、及び、載置面に設定された撮像領域の一部からの光を結像するための対物レンズの少なくとも一方を移動させる移動ステップと、対物レンズにより結像された光を撮像部に集光すると共に、撮像部に集光された光に基づいて撮像領域の一部を撮像する撮像ステップと、を有する。移動ステップでは、載置面を対物レンズの光軸に対して直交させた状態で、試料台及び対物レンズの少なくとも一方を、光軸に対して斜めに交差する方向へ移動させる。

　上記顕微鏡撮像方法では、対物レンズの光軸と直交する載置面に撮像される試料が載置されるため、試料台に載置された試料から撮像素子までの光路長は、撮像領域内において差異を生じることがない。従って、撮像素子の受光面は光軸に対して直交するように配置すればよいので、撮像素子を容易に配置できる。さらに、試料が載置された試料台及び対物レンズの何れか一方が、光軸に対して斜めに交差する方向へ移動される。この移動によれば、試料台と対物レンズとが、相対的に、光軸に対して直交する方向へ移動すると共に、光軸に沿った一方向に近接又は離間する方向へ移動する。従って、光軸に沿った一方向への試料台及び対物レンズの移動の少なくとも何れか一方の移動に、他方を一方向に追従させることにより、焦点を試料に高精度に合わせることができる。

　本発明によれば、精度の良い焦点調整を容易にしつつ、撮像素子を容易に配置し得る顕微鏡撮像装置及び当該顕微鏡撮像装置を用いた顕微鏡撮像方法が提供される。

第１実施形態の顕微鏡撮像装置の構成を模式的に示す図である。 顕微鏡撮像装置を用いた顕微鏡撮像方法の主要な工程を示す図である。 顕微鏡撮像方法の主要な工程を説明するための図である。 顕微鏡撮像方法に用いられるスライドガラスを説明するための図である。 第２実施形態の顕微鏡撮像装置の構成を模式的に示す図である。 比較例の顕微鏡撮像装置の構成を模式的に示す図である。

　以下、添付図面を参照しながら本発明の一側面に係る顕微鏡撮像装置１Ａ及び顕微鏡撮像方法の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

＜第１実施形態＞
　図１は、本実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ａの構成を模式的に示す図である。顕微鏡撮像装置１Ａは、いわゆるヴァーチャルスライドスキャナ（ｖｉｒｔｕａｌ　ｓｌｉｄｅ　ｓｃａｎｎｅｒ）であり、試料台２に載置された試料３を所定の方向に移動させて順次試料の顕微鏡像を取得する装置である。この試料３は、例えば病理組織といった組織片がスライドガラス（ｓｌｉｄｅ　ｇｌａｓｓ）上に載置されたものである。顕微鏡撮像装置１Ａでは、この試料３の一部を撮像し、それら試料３の一部を撮像した画像を合成して試料の二次元画像データを得る。

　顕微鏡撮像装置１Ａは、撮像対象である試料３が載置される試料台２と、撮像素子４を有する撮像部６と、対物レンズ７を含む結像光学部８と、を備えている。更に、顕微鏡撮像装置１Ａは、試料台２を移動させる移動機構９と、移動機構９を保持するベース部１１と、制御部１２と、対物レンズ７を光軸Ｌに沿った方向に移動させる焦点調整用駆動機構１３と、を備えている。なお、各図面において、座標系を設定し、以下必要な場合にこの座標系を用いて説明する。ここで、対物レンズ７の光軸Ｌに対して斜めに交差する方向が方向Ａ１であり、光軸Ｌに沿った方向が一方向Ａ２であるとする。そして、方向Ａ１と一方向Ａ２とのそれぞれに直交する方向を方向Ａ３とする。

　試料台２は、撮像対象である試料３を支持して、後述する移動機構９により試料３を光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に移動させる。試料台２は、三角柱状の形状を有する部材であり、直角三角形であり光軸Ｌに沿って延びる端面２ａと、光軸Ｌに対して直交する載置面２ｂと、載置面２ｂに対して直交すると共に光軸Ｌに沿って延びる直交面２ｃと、載置面２ｂの端部から直交面２ｃの端部まで連続する傾斜面である当接面２ｄとを含む。載置面２ｂには、試料３が載置される。載置面２ｂは光軸Ｌと直交しているため、載置面２ｂに載置された試料３のスライドガラスの表面も光軸Ｌと直交するように配置される。また、当接面２ｄは、後述する移動機構９と当接している。

　試料３は、例えば、スライドガラス上に組織片が載置されたものである。図４の（ａ）部は、顕微鏡撮像装置１Ａに用いられるスライドガラス１６を示す。スライドガラス１６は、通常、短辺１６ａの長さが２５ｍｍであり、長辺１６ｂ，１６ｃの長さが７５ｍｍである。従って、試料３を拡大して画像を取得する場合には、一視野である撮像領域を移動させつつ、撮像領域ごとに画像を取得する。そして、取得した複数の画像を合成してスライドガラス１６全体の画像データを作成する。

　図１を参照すると、撮像部６は、試料台２に載置された試料３の一部を撮像して、試料３の画像データを取得する。撮像部６は、試料台２の光軸Ｌ上に結像光学部８を挟んで載置面２ｂに対向するように配置されている。撮像部６は、載置面２ｂ上に設定された撮像領域の一部を撮像するための撮像素子４を有している。撮像素子４は、光軸Ｌに対して受光面４ａが直交するように配置されている。撮像素子４には、例えば、エリアＣＣＤセンサやエリアＣＭＯＳセンサといった二次元画像を取得可能な撮像素子が用いられる。この撮像部６には、制御部１２から信号が入力され、撮像素子４の動作が制御される。

　結像光学部８は、撮像領域の一部からの光を撮像素子４に結像するための対物レンズ７と結像レンズを含む光学系８ａとを有し、試料台２と撮像部６との間に配置されている。結像光学部８は、これら対物レンズ７とリレーレンズなどを含む光学系８ａとにより、試料３の拡大像を撮像部６の撮像素子４に結像する。この拡大率は、対物レンズ７の倍率と光学系８ａの倍率とにより規定される。対物レンズ７には、対物レンズ７を光軸Ｌに沿った方向に移動させるための焦点調整用駆動機構１３が設けられている。焦点調整用駆動機構１３は、汎用性の高いステッピングモータ（ｓｔｅｐｐｉｎｇ　ｍｏｔｏｒ）にボールねじ機構を組み合わせた構成を有する。このような構成を有する焦点調整用駆動機構１３によれば、顕微鏡撮像装置１Ａの製造コストを低減することができる。この焦点調整用駆動機構１３には、制御部１２から信号が入力され、試料３に焦点を合わせるように対物レンズ７の位置を調整する。なお、光学系８ａは、必要に応じて光学フィルタ等の光学部品を適宜備えていてもよい。光学系８ａがプリズムなどの分光光学系を有するように構成し、分光された光を撮像素子４によってそれぞれ受光させると、試料３のカラー画像を取得することができる。また、分光光学系を用いなくても、カラーフィルターを備えた、エリアＣＣＤセンサやエリアＣＭＯＳセンサを撮像素子４とすることでも、試料３のカラー画像を取得することができる。

　移動機構９は、光軸Ｌに対して斜めに交差する面に沿って試料台２を移動させる２次元ステージである。移動機構９は、試料台２を支持する。この２次元ステージとして、例えばＸＹ軸リニアボールガイドステージ（ｌｉｎｅａｒ　ｂａｌｌ　ｇｕｉｄｅ　ｓｔａｇｅ）が用いられる。すなわち、移動機構９は、光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１と、方向Ａ１に直交する方向Ａ３とに試料台２を移動させる。移動機構９は、方向Ａ１及び方向Ａ３に延びた傾斜面９ａを有し、傾斜面９ａ上には試料台２の当接面２ｄが当接している。この移動機構９には、制御部１２から制御信号が入力され、方向Ａ１と方向Ａ３における試料台２の移動量が制御される。

　ここで、試料台２の載置面２ｂ、試料台２の当接面２ｄ、及び移動機構９の傾斜面９ａの関係について説明する。載置面２ｂと当接面２ｄとの間の角度は、角度Ｒ１である。角度Ｒ１は、例えば５分～１０分（５π／１０８００ラジアン～１０π／１０８００ラジアン）であり、好適には７分（７π／１０８００ラジアン）程度である。なお、１分は１度の６０分の１の角度である、また、１分はπ／１０８００ラジアンでる。また、光軸Ｌに直交する仮想的な平面である仮想面ｋ１を設定すると、この仮想面ｋ１と傾斜面９ａとの間の角度は、角度Ｒ２である。この角度Ｒ２は角度Ｒ１と等しくなるように設定されている。このように角度Ｒ１と角度Ｒ２とが設定されることにより、傾斜面９ａに支持された試料台２の載置面２ｂが、光軸Ｌと直交することになる。

　ベース部１１は、移動機構９を保持するものである。ベース部１１は、移動機構９を保持する保持面１１ａを有し、当該保持面１１ａ上に移動機構９が保持されている。保持面１１ａは、方向Ａ１に延びた斜面である。この保持面１１ａに移動機構９が保持されることにより、移動機構９の移動方向が方向Ａ１に設定される。

　制御部１２は、移動機構９を制御して試料台２を方向Ａ１及び方向Ａ３に移動させる。また、方向Ａ１への試料台２の移動に対応して対物レンズ７の焦点を試料３に合わせるように焦点調整用駆動機構１３を制御する。そして、撮像領域の所定の位置において、試料３を撮像するように撮像素子４を制御する。制御部１２は、例えば、パーソナルコンピュータのハードウエア及びソフトウエアを利用して構成され、入出力装置、Ａ／Ｄコンバータ、プログラム及びデータ等を記録するＲＯＭ、画像データ等を一時的に記録するＲＡＭ、プログラムを実行するＣＰＵ等をハードウエアとして備えている。

　ここで、比較例に係る顕微鏡撮像装置について説明する。図６は、比較例に係る顕微鏡撮像装置１００の構成を模式的に示す図である。顕微鏡撮像装置１００は、主として試料台１０２の載置面１０２ｂが光軸Ｌに対して傾いている点と、試料台１０２が光軸Ｌに対して直交する方向Ａ４に移動される点と、撮像素子４の受光面４ａが光軸Ｌに対して傾いている点と、が顕微鏡撮像装置１Ａと相違している。顕微鏡撮像装置１００のその他の構成は、顕微鏡撮像装置１Ａと同様である。顕微鏡撮像装置１００では、試料台１０２が光軸Ｌと直交する方向Ａ４に移動することにより、撮像領域が一方向に移動すると共に、試料３が対物レンズ７から光軸Ｌに沿って離間する一方向Ａ２に移動する。従って、対物レンズ７を一方向Ａ２にのみ移動させることにより試料３に焦点を合わせることができる。

　しかしながら、顕微鏡撮像装置１００において二次元撮像素子４を光軸Ｌに対して直交するように配置すると、載置面１０２ｂが光軸Ｌに対して傾いているため、撮像領域内において光路長に差異が生じる。この光路長の差異により、高精度の焦点調整が困難になる場合がある。そこで、光路長の差異を解消する為に、二次元撮像素子４を光軸Ｌに対して傾けて配置する必要がある。この二次元撮像素子４の光軸Ｌに対する傾きは、載置面１０２ｂの傾きに対して対物レンズ７の倍率の２乗になるように設定される。例えば、倍率が２０倍である対物レンズ７を使用した場合には、載置面１０２ｂの傾きの４００倍の傾きだけ二次元撮像素子４を光軸Ｌに対して傾斜させる必要がある。このような構成では、二次元撮像素子４の配置が困難になるおそれがある。

　これに対して、本実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ａでは、図１に示すように、対物レンズ７の光軸Ｌと直交する載置面２ｂに試料３が載置されるため、試料台２に載置された試料３から撮像素子４までの光路長は撮像領域内において差異を生じることがない。従って、撮像素子４の受光面４ａは光軸Ｌに対して直交するように配置すればよいので、二次元の撮像素子４を容易に配置できる。

　また、顕微鏡撮像装置１Ａは、試料３が載置された試料台２が光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１へ移動可能に構成されている。この移動によれば、試料台２と対物レンズ７とが、相対的に、方向Ａ１へ移動すると共に、光軸Ｌに沿って近接又は離間する方向へ移動する。よって、光軸Ｌに沿った方向への載置面２ｂの移動に、対物レンズ７を追従させることにより、焦点を試料３に高精度に合わせることが可能となる。従って、試料３に焦点を合わせるための対物レンズ７の移動が、例えば一方向Ａ２に限定されるため、焦点調整用駆動機構１３が有するロストモーション（ｌｏｓｔ　ｍｏｔｉｏｎ）等の影響を抑制し、焦点を試料３に高精度に合わせることができる。このような構成によると、対物レンズ７を駆動する焦点調整用駆動機構１３が、ロストモーションを発生する可能性があるステッピングモータにボールねじ機構を組み合わせた構成を有していても、駆動方向が一方向Ａ２に限定されるので、ロストモーションの発生を抑制し、高精度な焦点調整を行うことができる。

　さらに、対物レンズ７の移動が光軸Ｌに沿った一方向Ａ２に限定されるため、対物レンズ７を上下に駆動したときに発生し得る振動の発生が抑制される。従って、焦点を試料３にさらに高精度に合わせて、試料３の画像を正確に取得することができる。

　上述したように、本実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ａによれば、比較例の顕微鏡撮像装置１００が有する問題点を解決することができる。

　移動機構９は、試料台２と当接する傾斜面９ａを有し、傾斜面９ａは、光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に延びている。この構成によれば、試料台２を傾斜面９ａに沿って移動させることにより、光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に試料台２を確実に移動させることができる。

　試料台２の載置面２ｂと移動機構９の傾斜面９ａに当接する試料台２の当接面２ｄとのなす角度Ｒ１は、光軸Ｌと直交する仮想面ｋ１と移動機構９の傾斜面９ａとのなす角度Ｒ２に等しい。この構成によれば、載置面２ｂが光軸Ｌに対して直交するように、試料台２を移動機構９に配置することができる。そして、容易かつ正確に、光軸Ｌと載置面２ｂとの直交状態を維持したままで、試料台２を光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に移動させることができる。さらに、試料台２を移動させる方向を容易に調整することができる。

　顕微鏡撮像装置１Ａは、移動機構９を保持するベース部１１を更に備えている。ベース部１１は、移動機構９が試料台２を移動させる方向を光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に一致させるように移動機構９を保持する。この構成によれば、光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に試料台２を確実に移動させることができる。

　撮像素子４は、光軸Ｌ上に配置された二次元撮像素子である。この構成によれば、試料３の一部を撮像した二次元画像が取得されるため、移動機構９を利用して試料３の全体画像を効率よく取得することができる。

　続いて、顕微鏡撮像装置１Ａを用いて画像データを取得する顕微鏡撮像方法について説明する。図２は、顕微鏡撮像方法の主要なステップを示す図である。本実施形態に係る顕微鏡撮像方法は、移動ステップＳ１と、撮像ステップＳ３と、レーンを移動するステップＳ７と、を有している。

　移動ステップＳ１は、試料台２を移動させる工程Ｓ１ａと、焦点を合わせる工程Ｓ１ｂとを有している。図３は、顕微鏡撮像方法の主要な工程を説明するための図である。図３の（ａ）部を参照すると、対物レンズ７とスライドガラス１６との間の距離は距離Ｄ１に設定され、対物レンズ７の焦点がスライドガラス１６に合わせられている。次に、移動機構９を制御して試料台２を方向Ａ１へ移動させる（工程Ｓ１ａ）。この移動のとき、載置面２ｂは光軸Ｌに対して直交させた状態で方向Ａ１へ移動させる。この移動により、試料３上における光軸Ｌの位置が、スライドガラス１６の一の長辺１６ｂから別の長辺１６ｃへ向かう方向Ａ５に沿って移動すると共に、スライドガラス１６の位置が一方向Ａ２へ移動する。このとき、撮像領域１６ｄが移動する方向が方向Ａ５となり、この撮像領域１６ｄが移動する方向Ａ５と試料台２の移動方向Ａ１は、所定の角度を有して交差する。従って、試料台２の移動方向Ａ１と撮像領域の移動方向Ａ５は平行ではない。

　図３の（ｂ）部を参照すると、この一方向Ａ２へのスライドガラス１６の移動により、対物レンズ７とスライドガラス１６との間の距離が距離Ｄ２に拡大する。このとき、試料台２の載置面２ｂは、対物レンズ７の光軸Ｌに沿って対物レンズ７から遠ざかる方向に移動する。この対物レンズ７と試料台２との間の距離の拡大に対応するように焦点調整用駆動機構１３を制御して対物レンズ７を光軸Ｌに沿った一方向Ａ２に移動させて、スライドガラス１６における撮像領域１６ｄに焦点を合わせる（工程Ｓ１ｂ）。スライドガラス１６における撮像領域１６ｄに対して焦点を合わせるためには、少なくとも試料台２の載置面２ｂの移動と同じ方向に対物レンズ７を移動させる必要があり、対物レンズ７の移動方向は一方向Ａ２に限定される。そして、再び、移動機構９を制御して試料台２を方向Ａ１へ移動させる（工程Ｓ１ａ）。

　図３の（ｃ）部を参照すると、この方向Ａ１への移動により、対物レンズ７と試料台２との間の距離が距離Ｄ３に拡大する。この対物レンズ７と試料台２との間の距離の拡大に対応するように対物レンズ７を光軸Ｌに沿った一方向Ａ２に移動させて、スライドガラス１６における撮像領域１６ｄに焦点を合わせる（工程Ｓ１ｂ）。上述の通り、図３の（ａ）～（ｃ）の工程の間、対物レンズ７は、光軸Ｌに沿った一方向Ａ２のみに移動する。なお、撮像領域１６ｄが移動する方向Ａ５は、スライドガラス１６の一の長辺１６ｂから別の長辺１６ｃへ向かう方向に限らず、スライドガラス１６の一の長辺１６ｃから別の長辺１６ｂへ向かう方向であってもよい。

　焦点を合わせる工程Ｓ１ｂには、プレフォーカス（ｐｒｅ－ｆｏｃｕｓ）方式と、リアルタイムフォーカス（ｒｅａｌ　ｔｉｍｅ　ｆｏｃｕｓ）方式とがある。プレフォーカス方式では、まず、画像データを取得する前にスライドガラス１６のフォーカスマップ（ｆｏｃｕｓ　ｍａｐ）を設定する。次に、画像データを取得する際には、事前に設定したフォーカスマップに基づいて、レーン毎にフォーカスライン（ｆｏｃｕｓ　ｌｉｎｅ）を設定し、移動するレーンにあわせてフォーカスラインを選択し、選択されたフォーカスラインに合うように、対物レンズ７とスライドガラス１６の間の距離を調整する。一方、リアルタイムフォーカス方式では、画像データの取得を行いながら、焦点が合う対物レンズ７とスライドガラス１６と間の距離を求める。例えば、ある撮像領域の画像データを取得している間、次に撮像される撮像領域の焦点情報を取得する。そして、次の撮像領域の画像データの取得を行う際には、対物レンズ７とスライドガラス１６との距離をその焦点情報に基づいて調整する。いずれの方式であっても、対物レンズ７とスライドガラス１６と間の距離は、対物レンズ７と試料台２との距離を制御することにより調整される。

　そして、撮像ステップＳ３では、対物レンズ７により結像された光を撮像部６の撮像素子４に集光し、撮像素子４を制御して試料３を撮像して画像データを取得する。

　図４の（ｂ）部は、スライドガラス１６を光軸Ｌの方向から見た図である。図４の（ｂ）部に示すように、スライドガラス１６の一の長辺１６ｂから他の長辺１６ｃまでの画像データを取得し終えるまで、上述した移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３とを交互に繰り返す（工程Ｓ５：ＮＯ）。移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３とを交互に繰り返す工程は、プレフォーカス方式及びリアルタイムフォーカス方式のいずれの方式にも用いることができる。この長辺１６ｂから別の長辺１６ｃまでの帯状範囲をレーンと呼ぶ。一のレーン１６ｒの画像データが取得されると（工程Ｓ５：ＹＥＳ）、一のレーン１６ｒに隣接する次のレーン１６ｔに移動する（工程Ｓ７）。ここで、全てのレーンの画像データを取得し終えた場合には、顕微鏡撮像方法の工程を終了する（工程Ｓ９：ＹＥＳ）。すべてのレーンの画像データを取得し終えていない場合には、再び移動ステップＳ１に移動して、画像データを取得する（工程Ｓ９：ＮＯ）。このように、一の長辺１６ｂから他の長辺１６ｃまでの画像データを取得する工程を複数回繰り返し、取得した画像データを合成することで、スライドガラス１６全体の画像データを取得する。

　なお、本実施形態では、移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３とを交互に実施する工程を例に説明した。しかし、本発明の撮像方法は、移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３とを交互に実施する工程に限定されず、移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３とが同時並行的に実施されてもよい。さらに、移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３とを同時並行的に実施する工程は、プレフォーカス方式及びリアルタイムフォーカス方式のいずれの方式にも用いることができる。特に、移動ステップＳ１と撮像ステップＳ３が同時並行的に実施される場合、一定速度で試料台２が移動するように、移動機構９が制御される。

　上記顕微鏡撮像方法では、対物レンズ７の光軸Ｌと直交する載置面２ｂに試料３を載置したスライドガラス１６が載置されるため、試料台２に載置された試料３から撮像素子４までの光路長は、撮像領域１６ｓ内において差異を生じることがない。従って、撮像素子４の受光面４ａは光軸Ｌに対して直交するように配置すればよいので、撮像素子４を容易に配置できる。

　さらに、試料３が載置された試料台２が、光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１へ移動される。この移動によれば、試料台２と対物レンズ７とが、相対的に、光軸Ｌに対して直交する方向Ａ５へ移動すると共に（図３参照）、光軸Ｌに沿って離間する一方向Ａ２へ載置面２ｂが移動する。従って、光軸Ｌに沿った一方向Ａ２への試料台２の移動に、対物レンズ７を一方向Ａ２に追従させることにより、対物レンズ７の追従による振動を抑制することができ、焦点を試料３に高精度に合わせることができる。また、画像データの合成の際の位置あわせ精度が向上する。

＜第２実施形態＞
　次に、第２実施形態に係る顕微鏡撮像装置について説明する。図５は、第２実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ｂの構成を模式的に示す図である。顕微鏡撮像装置１Ｂは、結像光学部８が光学部品１７を含む点と、対物レンズ７の焦点情報を取得する焦点情報取得部であるフォーカス検出カメラ１８を備えている点と、が第１実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ａと相違する。以下、光学部品１７と、フォーカス検出カメラ１８とについて詳細に説明する。

　光学部品１７は、試料３からの光を分岐し、試料３からの光を撮像素子４に入射させると共に、フォーカス検出カメラ１８に入射させる。光学部品１７は、対物レンズ７と光学系８ａとの間の光軸Ｌ１上に配置されている。この光学部品１７には、例えば、ビームスプリッタが用いられる。

　フォーカス検出カメラ１８は、対物レンズ７の焦点情報を取得するものである。このフォーカス検出カメラ１８は、二次元の画像データを取得する撮像素子２１を備えており、この撮像素子２１で取得された画像データに基づいて対物レンズ７の焦点情報を取得し当該情報を制御部１２に出力する。焦点情報には、例えば、対物レンズ７の焦点が試料３に合っているか否かの情報が含まれる。制御部１２は、対物レンズ７の焦点が試料３に合っている場合には、焦点調整用駆動機構１３を制御して、対物レンズ７の位置を維持する。一方、制御部１２は、対物レンズ７の焦点が試料３に合っていない場合には、焦点調整用駆動機構１３を制御して、焦点が試料３に合うように対物レンズ７の位置を調整する。

　フォーカス検出カメラ１８は、光学部品１７によって光軸Ｌ１から分岐された対物レンズ７の光軸Ｌ２上に配置されている。フォーカス検出カメラ１８は、光学部品１９ａ，１９ｃ及びレンズ１９ｂ等を含む光学系１９と、撮像素子２１とを備えている。そして、フォーカス検出カメラ１８の撮像素子２１は、光軸Ｌ２に対して受光面２１ａが直交するように配置されている。

　顕微鏡撮像装置１Ｂでは、対物レンズ７の光軸Ｌと直交する載置面２ｂに試料３が載置されるため、試料台２に載置された試料３から、フォーカス検出カメラ１８の撮像素子２１までの光路長は撮像領域内において差異を生じることがない。従って、撮像素子２１の受光面２１ａは光軸Ｌ２に対して直交するように配置すればよいので、撮像素子２１を容易に配置できる。

　また、顕微鏡撮像装置１Ｂは、フォーカス検出カメラ１８を備えているので、対物レンズ７の焦点を高精度に試料３に自動的に合わせることができる。

　上記顕微鏡撮像方法、フォーカス検出のために二次元の画像データを取得する撮像素子２１を用いた場合でも、対物レンズ７の光軸Ｌと直交する載置面２ｂに試料３を載置したスライドガラス１６が載置されるため、試料台２に載置された試料３から撮像素子２１までの光路長は、撮像領域１６ｓ内において差異を生じることがない。従って、撮像素子２１の受光面２１ａは光軸Ｌに対して直交するように配置すればよいので、撮像素子２１を容易に配置できる。なお、二次元の画像データを取得する撮像素子２１の用途としては、フォーカス検出に限らない。

　本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、第１実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ａ、及び、第２実施形態に係る顕微鏡撮像装置１Ｂでは、対物レンズ７に対して試料台２を光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に移動させたが、この構成に限定されるものではない。光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に対物レンズ７を移動させてもよい。この場合、試料台２を光軸Ｌに沿った一方向Ａ２に移動させることにより、対物レンズ７の焦点を試料３に合わせることができる。

　また、移動機構９は、試料台２を光軸Ｌに対して斜めに交差する方向Ａ１に移動させることが可能な構成であればよい。例えば、試料台２を吊るして移動させる構成であってもよい。

　また、撮像素子４は一次元撮像が可能な撮像素子であってもよい。例えば、撮像素子４には、ＣＣＤの電荷転送制御法の１つであるＴＤＩ（Ｔｉｍｅ　Ｄｅｌａｙ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）法を適用したＣＣＤセンサや、ラインセンサといった一次元撮像素子を用いてもよい。この場合には、図４の（ｃ）部のように、試料台２を一定速度で移動させながら、画像データを取得してもよい。これにより、相対的に撮像領域１６ｕが一定速度で、一の長辺１６ｂ側から別の長辺１６ｃ側へ移動するため、一定間隔で撮像を行うことにより、一のレーン１６ｒの画像を取得することができる。

　特に、撮像素子４にＴＤＩ電荷転送可能なＣＣＤセンサを採用した場合、ラインセンサに比べ受光面が大きいが、上記顕微鏡撮像方法によれば、対物レンズ７の光軸Ｌと直交する載置面２ｂに試料３を載置したスライドガラス１６が載置されるため、試料台２に載置された試料３から撮像素子４までの光路長は、撮像領域１６ｓ内において差異を生じることがない。従って、撮像素子４の受光面は光軸Ｌに対して直交するように配置すればよいので、撮像素子４を容易に配置できる。

　さらに、上記顕微鏡撮像方法によると、撮像領域１６ｄが移動する方向Ａ５と試料台２の移動方向Ａ１は、所定の角度を有して交差する。つまり、試料台２の移動方向Ａ１と撮像領域の移動方向Ａ５は平行ではない。したがって、試料台２の載置面２ｂは、対物レンズ７の光軸Ｌに沿って対物レンズ７から遠ざかる方向もしくは近づく方向に移動する。よって、試料３に対して焦点を合わせるためには、試料台２の載置面２ｂの移動と同じ方向に対物レンズ７を移動させる必要があり、対物レンズ７の移動方向は一方向に限定される。これにより、対物レンズが双方向に移動する際に発生する振動を抑えることができる。

　本発明による顕微鏡撮像装置及び顕微鏡撮像方法によれば、精度の良い焦点調整を容易にしつつ、撮像素子を容易に配置し得る。

１Ａ，１Ｂ，１００…顕微鏡撮像装置、２…試料台、２ｂ…載置面、２ｄ…当接面、４…撮像素子、６…撮像部、７…対物レンズ、８…結像光学部、９…移動機構、９ａ…傾斜面、１１…ベース部、１２…制御部、１３…焦点調整用駆動機構、１６…スライドガラス、１７…焦点情報取得部、１８…フォーカス検出カメラ、Ｌ，Ｌ１，Ｌ２…光軸、Ｓ１…移動ステップ、Ｓ３…撮像ステップ。

Claims (8)

1. 　試料が載置される載置面を有する試料台と、
   　前記載置面上に設定された撮像領域の一部を撮像するための撮像素子を有する撮像部と、
   　前記試料台と前記撮像部との間に配置され、前記撮像領域の一部からの光を前記撮像部に向けて結像するための対物レンズを有する結像光学部と、
   を備え、
   　前記試料台は、前記対物レンズの光軸に対して前記載置面が直交するように配置され、
   　前記試料台及び前記対物レンズの少なくとも一方は、前記光軸に対して前記載置面を直交に保ったまま前記光軸に対して斜めに交差する方向へ移動可能に構成される顕微鏡撮像装置。
2. 　前記試料台を移動させる移動機構を更に備え、
   　前記移動機構が前記試料台を移動させる方向は、前記光軸に対して斜めに交差する請求項１に記載の顕微鏡撮像装置。
3. 　前記移動機構は、前記試料台と当接する傾斜面を有し、
   　前記傾斜面は、前記光軸に対して斜めに交差する方向に延びている請求項２に記載の顕微鏡撮像装置。
4. 　前記試料台の前記載置面と前記移動機構の前記傾斜面に当接する前記試料台の当接面とのなす角度は、前記光軸に直交する仮想面と前記移動機構の前記傾斜面とのなす角度に等しい請求項３に記載の顕微鏡撮像装置。
5. 　前記移動機構を保持するベース部を更に備え、
   　前記ベース部は、前記移動機構が前記試料台を移動させる方向を前記光軸に対して斜めに交差する方向に一致させるように前記移動機構を保持する請求項２～４の何れか一項に記載の顕微鏡撮像装置。
6. 　前記撮像素子は、前記光軸上に配置され、前記撮像領域の一部の二次元画像を取得する請求項１～５の何れか一項に記載の顕微鏡撮像装置。
7. 　前記撮像素子は、前記対物レンズの焦点情報を取得する請求項１～６の何れか一項に記載の顕微鏡撮像装置。
8. 　試料が載置される載置面を有する試料台、及び、前記載置面に設定された撮像領域の一部からの光を結像するための対物レンズの少なくとも一方を移動させる移動ステップと、
   　前記対物レンズにより結像された前記光を撮像部に集光すると共に、前記撮像部に集光された前記光に基づいて前記撮像領域の一部を撮像する撮像ステップと、
   を有し、
   　前記移動ステップでは、前記載置面を前記対物レンズの光軸に対して直交させた状態で、前記試料台及び前記対物レンズの少なくとも一方を、前記光軸に対して斜めに交差する方向へ移動させる顕微鏡撮像方法。

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