(57)【要約】【課題】従来の顕微鏡に搭載される画像記録装置は、蛍光発光の輝度が変化する標本を撮影する場合、撮影開始前に露出条件を設定すると、撮影中に大きな輝度差が発生すると、正確な画像情報が得られず、ゲイン補正等では階調特性が損なわれる。【解決手段】本発明は、スチルカメラ機能及び／又はビデオ撮影機能を有する画像記録装置であり、ＡＥ調整を行うＡＥ調整時間Ｔaeと露出時間Ｔexpが一定な撮影間隔Ｔintを越えないようにそれぞれを設定することにより、撮影期間中に適切な時間間隔でＡＥ調整を行い、均一な輝度の標本画像を取得する、及び１回の撮影で複数の撮影条件のデータを取得する顕微鏡用画像記録装置である。【選択図】      図２
2006259630.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、
撮影期間中に所望する時間間隔で露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した際に、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得することを特徴とする顕微鏡用画像記録装置。
【請求項２】
顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、
前記被写体の輝度値の変化の絶対値が、予め設定された閾値を超えた場合に、露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した場合も、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得することを特徴とする顕微鏡用画像記録装置。
【請求項３】
顕微鏡に搭載され、被写体に対して動画撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、
撮影前に設定した所望する時間間隔で露出制御を行い、
前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した場合も、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得することを特徴とする顕微鏡用画像記録装置。
【請求項４】
顕微鏡に搭載され、被写体に対して動画撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、
前記被写体の輝度値の変化の絶対値が、予め設定された閾値を超えた場合に、露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した場合も、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得することを特徴とする顕微鏡用画像記録装置。
【請求項５】
前記顕微鏡用画像記録装置において、
撮影された静止画像の撮影に関する情報を、該静止画像を記録媒体に記録する際に、関係づけて記録することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用画像記録装置。
【請求項６】
前記顕微鏡用画像記録装置の前記タイムラプス撮影において、
一定の時間間隔をあけて、静止画を取得する際に、複数の異なる撮影条件による記録を順次に行い、１回の測定で複数の撮影条件の画像を取得することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用画像記録装置。
【請求項７】
前記顕微鏡用画像記録装置において、
前記タイムラプス撮影の静止画像取得時の露出制御を行う際に、照明手段の照明量を絞る機構を有する請求項１に記載の顕微鏡用画像記録装置。
【請求項８】
前記顕微鏡用画像記録装置において、
前記タイムラプス撮影の静止画像取得時の露出制御を行う際に、前記被写体となる標本に対して、ビニング処理を施すことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡用画像記録装置。
【請求項９】
顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影による静止画像の撮影を行う顕微鏡用画像記録装置の撮影方法であって、
前記タイムラプス撮影における撮影時間間隔、露出値の目標値及び露出制御演算処理を行うための領域を設定し、
前記露出値の目標値に合わせ込む露出調整にかかる時間の最大値Ｔaeを設定し、
前記露出にかかる時間の最大値Ｔexpを設定し、
最小の撮影待機時間Ｔwaitが、前記撮影時間間隔Ｔintから前記最大値Ｔae及び前記最大値Ｔexpの和を差し引いた際に、正又は零以上となることを特徴とする顕微鏡用画像記録装置の撮影方法。
【請求項１０】
顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影による静止画像の撮影を行う顕微鏡用画像記録装置の撮影方法であって、
前記タイムラプス撮影における撮影時間間隔Ｔint、露出制御撮影に必要な露出目標値、露出領域及び、前記被写体に対して実測された露出値固定（マニュアル）撮影モードに必要な露出時間を設定し、
露出制御撮影時の露出調整にかかる最大時間Ｔaeを設定し、
露出制御撮影における露出時間の最大時間ＴexpAを設定し、
前記マニュアル撮影の露出時間の最大時間ＴexpMを設定し、
前記撮影待機時間の最小値Ｔwait[MIN]は、Ｔint−（ＴexpA[MAX]＋Ｔae[MAX]＋ＴexpM）に対して正又は零以上となることを特徴とする顕微鏡用画像記録装置の撮影方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡に搭載され、主に生きた細胞の形態変化や発光量を画像データとして記録する顕微鏡用画像記録装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、撮影レンズ等の撮影光学系によって結像される被写体象を、例えばＣＣＤ（Charge  Coupled Device；電荷撮影素子）等からなる固体撮影素子を利用して、光電変換により光像を電気信号に変換し、デジタルデータ等からなる画像データとして記録媒体に記録し、且つその撮影時の画像の明るさ等の撮影画像に関する数値を記録するデジタルスチルカメラや電子カメラ（ビデオカメラ）等の画像記録装置が広く普及している。
【０００３】
このような画像記録装置においては、一般的に景色や人物等を被写体として撮影する用途以外にも、顕微鏡に接続して生体組織や細胞等の微視的状態を記録する用途等も多く存在する。
【０００４】
近年、特に細胞生物学や神経系の研究において、既に死骸した細胞(固定細胞)ではなく、生きた細胞(生細胞)の形態や発光量の時間的な変化を捉える顕微鏡用画像記録装置及びその方法が必要とされている。この生細胞の形態や発光量の経時変化を観察または数値解析する手段として、動画像撮影や一定の時間間隔ごとに静止画像を記録するタイムラプス撮影が存在する。
【０００５】
図１０は、一般的な顕微鏡用画像記録装置のシステム構成図を示している。通常、顕微鏡用画像記録装置において、動画撮影やタイムラプス撮影を行う際には、細胞の形態、発光強度の変化や推移を捉えるために、撮影開始前にＣＣＤ１０５への光入射時間を制御する露出制御機構１０１やメカニカルシャッタ１０４の開閉により、露出時間を一定にして撮影するのが一般的である。
【０００６】
特許文献１においては、タイムラプス撮影にて、主に低輝度な標本を撮影する例において、露出時間が数秒〜数十秒もの長時間露光を行う時には、露出時間Ｔexpが撮影間隔Ｔintを超えてしまう可能性があり、露出時間が極めて小さい場合は、撮影間隔が露出時間より長くなる矛盾を避けるために、露出時間を固定してタイムラプス撮影を行う技術が開示されている。つまり、図１１において、露出時間Ｔexpが一定の場合は、測定開始前に、Ｔexp［露出時間］＜Ｔint［撮影間隔］(又は、Ｔwait［撮影待機時間］＞０)が確保できれば、撮影中に露出時間が撮影間隔を超えてしまうことはない。
【０００７】
この撮影方法では、撮影の経過とともに標本の明るさが低減してしまうことがあり、この明るさを保つために、図１０に示されるゲイン制御アンプ１０７Ａや明るさ補正部１０８Ａ等のハードウエアを備える方法も開示されている。しかし、これらの機構では、明るさを確保することはできるが、ＣＣＤから読み出された画像情報自体は換わらず、画像情報を後処理で加工を施しているため、階調特性や感度については、十分に確保できない問題がある。
【０００８】
また、特許文献２には、オペレータ操作により設定されたγ(ガンマ)値が変わっても階調特性や感度を平均的に保つ手法が開示されている。ここでは、ＣＣＤからの画像情報を適当なγ値で階調補正部１０８Ｂにより補正を行い、階調補正後の出力レベルから露出時間の制御を行っている。しかし、γ値に依存した階調特性を変更することがメインでとなり、被写体(標本)の明るさ自体が変動することに関しては考慮されていない。
【０００９】
一方、２つ以上の撮影条件や露出条件で動画撮影やタイムラプス撮影を行う場合、特に、１回の測定（Ｔmes＝撮影間隔Ｔintの総和）が長時間になると、測定回数分、細胞にかかるストレスが多くなり、且つ実験や測定に費やす時間(全体の実験時間Ｔｔme)が多大になる問題がある。
【００１０】
また図１２においては、細胞へのストレスが過度にかかる撮影の場合は、1回の測定で細胞が破壊されてしまい、実験の再現性を調べることができないという問題もある。従って、１回の撮影で様々な撮影条件や露出条件に対する時間変化を測定できれば、細胞にかかるストレスを低減するだけでなく、測定時間の無駄を削減できるメリットがある。  
この対策手段として、特許文献３においては、動画撮影用と静止画撮影用のＣＣＤを独立に複数設けて、被写体の動的および静的な情報を１回の測定で同時に測定する手法が記されている。
【００１１】
また、特許文献４においては、複数の電子カメラを用いて、おのおのの電子カメラを接続する通信手段を設け、カメラ間で異なる撮影条件や露出条件を設定して(ブラケティング項目)、１回の測定で同時に協調撮影することにより、同一の被写体に対して同時に異なった条件での撮影を可能にする方法が開示されている。
【特許文献１】特開２００３−２００６６４公報
【特許文献２】特開２００２−８４４５４公報
【特許文献３】特開２０００−２０９４７７公報
【特許文献４】特開２００４−２３５７８１公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
前述した従来技術のように、動画撮影やタイムラプス撮影で露出時間を固定にすると、非常に明るい領域から暗い領域(または、その逆)まで輝度が変化する標本などの場合、測定開始時と終了時で輝度差が大きくなる。この時、輝度差にＣＣＤのダイナミックレンジを越える変化があった場合には、ノイズがより強調されて、Ｓ／Ｎが悪くなりデータが欠落してしまう可能性がある。また、ＣＣＤから読み出された画像情報に対して、後段でゲイン補正や明るさ補正を施したとしても、その画像の階調特性においても損なわれてしまうという問題がある。
【００１３】
また、タイムラプス撮影において１回の撮影で２つ以上の撮影条件や露出条件で撮影するための手法としては、例えば、特許文献３や特許文献４において開示されているが、ＣＣＤを含めた撮影機構や画像記録装置自体を複数設ける必要があり、装置規模が大きくなってしまうという問題がある。
【００１４】
そこで本発明は、顕微鏡に搭載され、無駄な時間を省き、１つ又は複数の最適な露出条件及び撮影条件で輝度差を抑制して生きた細胞の形態変化や発光量を画像記録し、その画像の感度や階調特性を損なうことなく略均質な明るさの画像データを取得することができる顕微鏡用画像記録装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は上記目的を達成するために、  
第１に、顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、撮影期間中に所望する時間間隔で露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した際に、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得する顕微鏡用画像記録装置を提供する。
【００１６】
第２に、顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、前記被写体の輝度値の変化の絶対値が、予め設定された閾値を超えた場合に、露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した場合も、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得する顕微鏡用画像記録装置を提供する。
【００１７】
第３に、顕微鏡に搭載され、被写体に対して動画撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、撮影前に設定した所望する時間間隔で露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した場合も、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得する顕微鏡用画像記録装置を提供する。
【００１８】
第４に、顕微鏡に搭載され、被写体に対して動画撮影を行う顕微鏡用画像記録装置であって、前記被写体の輝度値の変化の絶対値が、予め設定された閾値を超えた場合に、露出制御を行い、前記被写体の発光輝度が時間経過とともに変化した場合も、前記画像記録装置に設けられた画像記録のための固体撮像素子（ＣＣＤ）が有する固有のダイナミックレンジ内に撮影のための露出条件を設定し、略均一な輝度で記録すべき画像を取得する顕微鏡用画像記録装置を提供する。
【００１９】
第５に、顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影による静止画像の撮影を行う顕微鏡用画像記録装置の撮影方法であって、前記タイムラプス撮影における撮影時間間隔、露出値の目標値及び露出制御演算処理を行うための領域を設定し、前記露出値の目標値に合わせ込む露出調整にかかる時間の最大値Ｔaeを設定し、前記露出にかかる時間の最大値Ｔexpを設定し、最小の撮影待機時間Ｔwaitが、前記撮影時間間隔Ｔintから前記最大値Ｔae及び前記最大値Ｔexpの和を差し引いた際に、正又は零以上となる顕微鏡用画像記録装置の撮影方法を提供する。
【００２０】
第６に、顕微鏡に搭載され、被写体に対してタイムラプス撮影による静止画像の撮影を行う顕微鏡用画像記録装置の撮影方法であって、前記タイムラプス撮影における撮影時間間隔Ｔint、露出制御撮影に必要な露出目標値、露出領域及び、前記被写体に対して実測された露出値固定（マニュアル）撮影モードに必要な露出時間を設定し、露出制御撮影時の露出調整にかかる最大時間Ｔaeを設定し、露出制御撮影における露出時間の最大時間ＴexpAを設定し、前記マニュアル撮影の露出時間の最大時間ＴexpMを設定し、前記撮影待機時間の最小値Ｔwait[MIN]は、Ｔint−（ＴexpA[MAX]＋Ｔae[MAX]＋ＴexpM）に対して正又は零以上となる顕微鏡用画像記録装置の撮影方法を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
本発明により、特に生細胞の観察象の経時変化を取得する際、標本からの輝度が明るい領域から暗い領域まで（又は、その逆）変化した場合も、測定期間中に均質な明るさの実験データを、感度や階調特性を損なうことなく取得することができため、実験の失敗を回避して、データを有効活用することができる。  
また、タイムラプス撮影において、複数の撮影条件の実験データを１回の測定で取得できるため、測定や実験に費やす時間を低減し、かつ、細胞を保護することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。  
図１には、本発明による第１の実施形態における顕微鏡用画像記録装置を搭載する顕微鏡システムの概念的な構成例を示し説明する。  
この顕微鏡システムは、大別して、顕微鏡本体１と、標本撮影を行う画像記録装置（又は、デジタルスチルカメラ機能とデジタルビデオカメラ機能を有する電子カメラ）２と、顕微鏡コントロール部３と、顕微鏡本体１や光源を駆動する駆動部４と、落射照明用光源８と、透過照明用光源１５とで構成される。
【００２３】
顕微鏡本体１において、３次元に移動可能なステージ１２上に載置される標本１１と対向する位置には複数の対物レンズ１０が配置される。これらの対物レンズ１０は、例えばレボルバーに装填される。レボルバーの回転により選択された対物レンズ１０を通過する観察光軸上には、三眼鏡筒ユニット６を介して接眼レンズユニット７が配置される。同様に、観察光軸上で且つ三眼鏡筒ユニット６の上方には結像レンズユニット５が設けられ、さらに画像記録装置２が装着される。
【００２４】
また、顕微鏡コントロール部３は、画像記録装置２での撮影条件等を決める図示しないシステムコントローラ（図１０におけるシステムコントローラに相当する）に従って、駆動部４に指示して透過照明用光源１５及び落射照明用光源８の調光を行なう。さらに、駆動部４は、ステージ１２の位置制御、対物レンズ１０の選択、蛍光キューブ９の選択を行なう。また、落射照明用光源８から蛍光キューブ９に向かう照明光の光軸上（中心）には、落射照明光源用シャッタ１６が設けられている。
【００２５】
さらに、ステージ１２の下方においては、透過照明用光源１５から標本１１に向かう照明光の光軸上には、透過照明光源用シャッタ１７、コンデンサ光学素子ユニット１３及び折曲ミラー１４が配置される。これらの落射照明光源用シャッタ１６及び透過照明光源用シャッタ１７は、顕微鏡コントロール部３に制御された駆動部４により開閉され、タイムラプス撮影における撮影待機時及び、その他の実際に観察していない時には、それぞれの照明光が標本１１に照射されないように遮光しており、標本（細胞）１１への照明光によるダメージを軽減している。
【００２６】
次に、このように構成された顕微鏡システムの作用について説明する。  
この顕微鏡システムにおける明視野観察検鏡法では、透過照明光源１５より出た光が折曲ミラー１４により反射され、コンデンサ光学素子ユニット１３にて、開口調節が行われた後、標本１１の裏面側から照射される。標本１１を透過した観察象が対物レンズ１０を通って拡大される。そして、対物レンズ１０を通り抜けた観察象は、さらにキューブユニット９を抜けて三眼鏡筒ユニット６に到達する。三眼鏡筒ユニット６において観察像を２つに分離し、一方は、接眼レンズ７へ、他方は、結像レンズユニット５を介して画像記録装置２内の固体撮影素子ＣＣＤに取り込まれる。
【００２７】
また、蛍光観察検鏡法においては、落射照明光学系８から照射された光がキューブユニット９内の蛍光キューブにより分光（第１の分光）され、対物レンズ１０を通って縮小されて標本１１に照射する。標本１１は、この照射された光より微弱な励起光が発光され、発光された光が観察像として対物レンズ１０を通って拡大され、キューブユニット９内の蛍光キューブによって第１の分光とは異なる波長で分光（第２の分光）されて画像記録装置２の固体撮影素子ＣＣＤに取り込まれる。
【００２８】
次に、本発明の第１の実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
本実施形態は、画像記録装置がスチルカメラ機能により静止画像をタイムラプス撮影する例である。図２は、本実施形態におけるにタイムラプス撮影における測定時間の内訳を示している。本実施形態では、静止画を撮影する前に、ＡＥ調整を行うＡＥ調整時間Ｔaeが発生する。よって、一定の撮影間隔Ｔintごとに撮影される露出時間Ｔexpは、それぞれに異なっている。例えば、撮影間隔Ｔintを一定に保ち、変動する露出時間Ｔexpと新たに発生するＡＥ調整時間Ｔaeを確保するためには、Ｔint＞Ｔexp＋Ｔae（Ｔwait＞０）の関係が成り立たなければならない。この関係式が測定中に満たされない場合は、矛盾が生じて不具合を起こす可能性がある。
【００２９】
図３に示すフローチャートを参照して、測定開始前の処理について説明する。  
まず、ＡＥ調整を行う領域内のＡＥ目標値（又は、輝度目標値）に対して、輝度値０近傍からＡＥ目標値まで、又は最大輝度値からＡＥ目標値まで到達するＡＥ調整時間の最大値をデータベースに格納する。同様に、露出時間の最大値をデータベースに格納する。但し、これらのＡＥ調整時間の最大値及び、露出時間の最大値は、予備的な測定を行い実測により予め求める。演算しなくとも求めた最大値が明らかに後述する判定式（制約条件）を満たさない場合には、以下に説明する処理工程は中止し、本実施形態の撮影方法による撮影画像の取得を断念する。
【００３０】
操作手順としては、オペレータからタイムラプス撮影における撮影間隔、ＡＥ目標値、ＡＥ演算を行う画面領域を示すＡＥ領域を設定する（ステップＳ１）。  
次に、ＡＥ目標値に対するＡＥ調整時間の最大値Ｔae[MAX]をデータベースから読み出す（ステップＳ２）。その後、露出時間の最大値Ｔexp[MAX]をデータベースから読み出し（ステップＳ３）、最小撮影待機時間Ｔwait[MIN]＝Ｔint−（Ｔexp[MAX]＋Ｔae[MAX]）が確保されるか計算して、Ｔwait[MIN]≧０か否かを判定する（ステップＳ４）。この判定でＴwait[MIN]＜０ならば（ＮＯ）、この設定では測定することができない旨の警告を発して再度設定するように促し（ステップＳ５）、ステップＳ１に戻り、設定を再度やり直す。一方、し、Ｔwait[MIN]≧０ならば（ＹＥＳ）、測定を開始する。このような操作手順を用いることにより、変動する露出時間と追加されたＡＥ調整時間の和が撮影間隔を超えてしまう現象を測定開始前に防ぐことが可能になる。
【００３１】
次に、図４に示すフローチャートを参照して、第１の実施形態におけるタイムラプス撮影について説明する。  
まず、前述した図３に示した測定開始前の処理におけるオペレータ操作及び測定可／不可の判定を行い（ステップＳ１１）、撮影間隔Ｔintが決定され、測定の開始を指示する（ステップＳ１２）。この開始の指示により、図示しない顕微鏡コントロール部３に備えられたタイマのカウントが開始されると共に、１回目の静止画撮影ステップとして、露出時間Ｔexp(1)の撮影が行われる（ステップＳ１３）。撮影終了後、撮影待機時間Ｔwait(1)による撮影待機状態に移行する（ステップＳ１４）。この時、前回（ここでは１回目）の撮影時におけるＡＥ値に基づき、ＡＥ調整時間Ｔae(1)及び次回（ここでは２回目）の撮影における露出時間Ｔexp(2)が求められ、撮影待機時間Ｔwait(1)内でＡＥ調整が終了するタイミングでＡＥ調整が行われる（ステップＳ１５）。
【００３２】
次に、その撮影待機時間Ｔwait(1)終了する時、即ちＡＥ調整が終了した後、引き続き、２回目の静止画像撮影ステップに移行し、露出時間Ｔexp(2)による２回目の撮影が行われる（ステップＳ１６）。撮影終了後、前述したと同様に、撮影待機時間Ｔwait(2)による撮影待機状態に移行する（ステップＳ１７）。この時、前回（ここでは２回目）の撮影時におけるＡＥ値に基づき、ＡＥ調整時間Ｔae(2)及び次回（ここでは３回目)の撮影における露出時間Ｔexp(3)が求められ、撮影待機時間Ｔwait(2)内でＡＥ調整が終了するタイミングでＡＥ調整が行われる（ステップＳ１８）。以降同様な操作手順で、予め設定したＮ回目の撮影まで繰り返し、ＡＥ調整と撮影が実施され（ステップＳ１９〜２１）、測定を終了する。
【００３３】
このような撮影方法により、露出時間やＡＥ調整が変動したとしても、これらにかかる時間の和が撮影間隔時間を超えてしまうことを防止することができる。特に、本発明による実施形態では、撮影待機時間Ｔwait(1)，(2)，…(n)とＡＥ調整時間Ｔae(1)，(2)，…(n)を連続して交互に並べた形を取っていない点にある。つまり、撮影待機時間Ｔwait(1)，(2)，…(n)においては、これらが一連（連続するように）して、且つ一定の時間間隔となるようにするため、ＡＥ調整時間Ｔae(1)，(2)，…(n)が各撮影待機時間Ｔwait(1)，(2)，…(n)にオーバーラップするようにしている。
【００３４】
次に前述した第２の実施形態について説明する。  
本実施形態は、画像記録装置がスチルカメラ機能により静止画像をタイムラプス撮影する例である。前述した第１の実施形態では、タイムラプス撮影において、一定の時間間隔を空けて自動露出制御（ＡＥ）による輝度調整を行っている。しかし、通常のＡＥ調整によるＥＶ値は多少異なっていたとしてもダイナミックレンジオーバーを発生するものではなく、ある程度の静止画像を撮影することができる。従って、観察対象となる標本の輝度変化が少ない標本であった場合には、ＡＥ調整によるＥＶ値の許容範囲に入ってしまうため、繰り返し行われるＡＥ調整が無駄になってしまう懸念がある。
【００３５】
このようなＡＥ調整の無駄を防止させるものとして、例えば、測定開始時の標本の輝度値(ＡＥ目標値)ＬＧ1をタイムラプス撮影における撮影間隔ＴintのＡＥ調整間隔毎に検出される輝度値ＬＧ2の差が、予め設定された閾値ＴＨより大きい場合（｜ＬＧ1−ＬＧ2｜＞ＴＨ）は、ＡＥ調整を実施する。
【００３６】
本実施形態は、このような判定処理を含ませることにより、ＡＥ調整を適切なポイントで実施することができるため、適宜発生するＡＥ調整の無駄を省くことができる。
【００３７】
次に、第３の実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
前述した第１の実施形態における顕微鏡用画像記録装置により自動露出制御（ＡＥ）を用いた撮影を行う場合には、タイムラプス撮影において、ＡＥ調整時のみに輝度値を知ることができるが、撮影された個々の画像に対しては、露出時間やＡＥ目標値などの露出条件が付帯されていない。従って、撮影された画像とその時のデータ（撮影条件等）と照らし合わせなければならない。
【００３８】
そこで第３の実施形態では、このような手間を省くものとして、取得された静止画像毎に、撮影時における露出時間やＡＥ目標値などの露出条件など撮影に関する情報を記録する画像データに関連づけたテーブルなどを記録媒体（図１に図示せず）に設定して、そのテーブルに併せて記録する。尚、記録媒体は、例えば顕微鏡コントロール部３（図１に示す）の内部に設けられる、又は顕微鏡コントロール部３に着脱自在に設けられている。
【００３９】
以上のように、第２の実施形態によれば、記録媒体に露出条件が付帯された静止画像により、画像単位で、輝度の絶対値を別途記録した露出情報から換算することができる。また、タイプラプス撮影の測定期間中にＡＥ調整を行う場合でも、測定終了後に輝度の絶対値が算出できるため、生細胞の時間的な形態変化だけではなく、発現量の時間的な変化も調べることが可能となる。
【００４０】
次に、第４の実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
本実施形態は、画像記録装置がビデオカメラ機能により動画撮影を撮影する例である。動画撮影の場合は、前述した実施形態のようなタイムラプス撮影のような撮影間隔は存在しない。よって、図５に示すように、一定の時間間隔でＡＥ調整を行うＡＥ調整間隔Ｔaeintを測定前に設定する必要がある。この一定の時間間隔を必要とする理由は、画像データとして記録し、これを再現した際に、どのタイミングでＡＥ調整が行われたかを確認でき、画像としても他の画像、例えば前後に撮影された画像と比較対照を行うことができる。この時の制約条件として、このＡＥ調整間隔Ｔaeintは、最大ＡＥ調整時間Ｔae［Ｍax］を超えてはならない（Ｔaeint＞Ｔae［Ｍax］が必要条件となる）。
【００４１】
図６に示すフローチャートを参照して、第４の実施形態における動画撮影について説明する。ここで、Ｔaeint；ＡＥ調整間隔とし、Ｔae；ＡＥ調整時間とする。  
まず、前述した図３に示した測定開始前の処理と同様なオペレータ操作により、ＡＥ領域、ＡＥ調整間隔Ｔaeint等が決定された後（ステップＳ３１）、測定の開始を指示する。この開始の指示により、図示しない顕微鏡コントロール部３に備えられたタイマのカウントが開始されると共に、図５に示すように、動画撮影が開始される（ステップＳ３２）。予め定めた１回目のＡＥ調整間隔Ｔaeint(1)による待機時間を経過した後（ステップＳ３３）、引き続き動画撮影を継続しつつ、且つ２回目のＡＥ調整間隔Ｔaeint(2)に移行すると共に、１回目のＡＥ調整時間Ｔae(1)におけるＡＥ調整が行われる（ステップＳ３４）。
【００４２】
１回目のＡＥ調整が終了した後、ＡＥ調整間隔Ｔaeint(2)が継続してＡＥ調整待機状態となり（ステップＳ３５）、調整された露出状態で動画撮影が行われる。その後、ＡＥ調整間隔Ｔaeint(2)が終了すると共に、次の３回目のＡＥ調整間隔Ｔaeint(3)に移行すると共に、２回目のＡＥ調整時間Ｔae(2)におけるＡＥ調整が行われる（ステップＳ３６）。以降、同様に動画撮影が継続される中で、ＡＥ調整とＡＥ調整待機状態が繰り返し行われ、最初に測定時間（ＡＥ調整間隔Ｔaeint(n)）の終了と共に、ＡＥ調整も終了する（ステップＳ３７，Ｓ３８）。
【００４３】
このような撮影方法を用いることにより、標本からの輝度が時間の経過とともに著しく変化した場合もＣＣＤのダイナミックレンジを越えずに、取得データとしては十分に利用でき、画像の明暗についても略均一な輝度の画像情報を記録することができる。
【００４４】
また、動画撮影の場合は、測定時間中は終始画像情報を記録する。撮影中にＡＥ調整を行う場合、急激な輝度変化、つまり、画像の明暗が急に切り換わり、観察しづらい画像となってしまう虞がある。従って、ＡＥ調整中は画像の記録を一時的に停止するなどの処置を行ってもよい。
【００４５】
次に第５の実施形態について説明する。  
前述した第４の実施形態では、動画撮影において、一定の時間間隔を空けてＡＥ調整による輝度設定を行っている。しかし、観察対象となる標本の輝度変化が少ない標本であった場合には、繰り返されるＡＥ調整が無駄になってしまう懸念がある。また、動画撮影においては、ＡＥ調整中には撮影を中断する設定であれば、実質的なＡＥ調整行っていない（輝度値の変化がない）にも係わらず、動画撮影が一時的に中断されてしまう。
【００４６】
次に、図７に示すフローチャートを参照して、第６の実施形態について説明する。  
本実施形態は、輝度値の比較判定を行い、その判定結果に基づき、ＡＥ調整を適切なポイントのみで実施するものである。ここで、ＬＧ1；ＡＥ目標値、ＬＧ2；ＡＥ指定領域において時間的に変化する輝度値、閾値ＴＨとする。
【００４７】
まず、前述した図３に示した測定開始前の処理と同様なオペレータ操作により、ＡＥ目標値（ＬＧ1）、ＡＥ領域、閾値（Ｔｈ）等が決定された後、輝度値０近傍からＡＥ目標値まで、又は最大輝度値からＡＥ目標値ＬＧ1まで到達するＡＥ調整時間（Ｔae）の最大値をデータベースに格納する。（ステップＳ４１）、次に、測定の開始を指示し、動画撮影を開始する（ステップＳ４２）。この開始と共に、図示しない顕微鏡コントロール部３に備えられたタイマのカウントが開始される。
【００４８】
このタイマのカウント開始から予め定めた一定時間（Ｔconst）、待機した後（ステップＳ４３）、測定開始時の標本の輝度値(ＡＥ目標値)ＬＧ1、タイムラプス撮影における撮影間隔Ｔintや動画撮影におけるＡＥ調整間隔毎に検出される輝度値ＬＧ2の差が、予め設定された閾値ＴＨより大きい（｜ＬＧ1−ＬＧ2｜＞ＴＨ）か否かを判定する（ステップＳ４４）。この判定において、差が閾値よりも大きい、即ち｜ＬＧ1−ＬＧ2｜＞ＴＨであった場合には（ＹＥＳ）、ＡＥ調整が必要であるものと判定し、前回の撮影時の露出値（ＥＶ値）に基づき、前回の待機時間中に求めたＡＥ調整時間（Ｔae）によるＡＥ調整を実施する（ステップＳ４５）。そのＡＥ調整後に、再度前述したと同様な一定時間（Ｔconst）を待機する（ステップＳ４６）。一方、｜ＬＧ1−ＬＧ2｜＞ＴＨでなかった場合には（ＮＯ）、ＡＥ調整が必要ないものと判定して、そのままステップＳ４６へ移行する。  
以後、同様に測定が終了するまでの間、一定時間毎に判定を行い、その判定結果に応じてＡＥ調整を行う（ステップＳ４７〜Ｓ５３）。
【００４９】
以上説明したように本実施形態によれば、測定開始時の標本の輝度値(ＡＥ目標値)ＬＧ1と、一定時間、例えばＡＥ調整間隔が経過した毎に輝度値ＬＧ2を検出して、それらの差分が、予め設定された閾値ＴＨより大きい場合（｜ＬＧ1−ＬＧ2｜＞ＴＨ）には、標本１１の輝度が変化したものと判定して、ＡＥ調整を実施する。このように、ＡＥ調整を実施する前に判定を行うことにより、輝度変化が無い状態におけるＡＥ調整を中止して、輝度変化があった適切なポイントのみで実施して、無駄なＡＥ調整を省き、調整時の明暗の急激な変化による画像乱れや、画像乱れを排除するための動画像撮影の停止回数を減らすことができる。
【００５０】
次に、第７の実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
前述した第１の実施形態における顕微鏡用画像記録装置により自動露出制御（ＡＥ）を用いた撮影を行う場合には、タイムラプス撮影又は動画撮影においてＡＥ調整時のみに輝度値を知ることができるが、撮影された個々の画像に対しては、露出時間やＡＥ目標値などの露出条件が付帯されていない。従って、撮影された画像とその時のデータを照らし合わせなければならない。
【００５１】
そこで第７の実施形態では、このような手間を省くものとして、取得された静止画像や動画像の１コマ毎に、撮影時における露出時間やＡＥ目標値などの露出条件を記録媒体（図１に図示せず）に併せて記録する。尚、記録媒体は、例えば顕微鏡コントロール部３（図１に示す）の内部に設けられる、又は顕微鏡コントロール部３に着脱自在に設けられている。
【００５２】
以上のように、第７の実施形態によれば、記録媒体に露出条件が付帯された画像データにより、画像データ単位で、輝度の絶対値を別途記録した露出情報から換算することができる。また、タイプラプス撮影及び動画撮影の測定期間中にＡＥ調整を行う場合でも、測定終了後に輝度の絶対値が算出できるため、生細胞の時間的な形態変化だけではなく、発現量の時間的な変化も調べることが可能となる。
【００５３】
次に、第８実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
前述したタイムラプス撮影においては、第１及び第２の実施形態で説明したように各撮影ポイントでＡＥ調整による撮影（以下、ＡＥ撮影モードと称する）を行えば、略均質な明るさの標本画像と露出条件が得られ、標本の時間的な形態変化を調べるのに最適となる。一方、特許文献１に開示されるように、露出時間（露出条件）を一定にした撮影方法（以下、マニュアル撮影モードと称する）は、標本からの発現量の推移を調べるのに最適である。
【００５４】
しかし、これらの露出条件の違うＡＥ撮影モードとマニュアル撮影モードをタイムラプス撮影で実施しようとすると、それぞれのモードを連続して繰り返し測定することとなり、測定に費やす時間が長くなる。特に、１回目の測定時に細胞へ与えられたストレスにより、細胞が破壊されてしまった場合には、２回目の測定結果が意味をなさなくなってしまう。これに対して、１回のタイムラプス撮影による測定時間内で実現しようとする場合には、２組の画像記録装置を用いて撮影しなければならない。  
そこで第８の実施形態は、１回のタイムラプス撮影による略測定時間で複数の露出条件の撮影を可能にする。
【００５５】
図８は、第８の実施形態として、ＡＥ撮影モードとマニュアル撮影モードによる静止画撮影を順次行う測定時間のタイミングチャートの一例を示す。ここで、ＡＥ撮影モードの露出時間をＴexpA、マニュアル撮影モードの露出時間をＴexpMとしている。また、図９に示すフローチャートを参照して、本実施形態の測定開始前の処理について説明する。
【００５６】
操作手順としては、オペレータからタイムラプス撮影における撮影間隔、ＡＥ撮影に必要なＡＥ目標値、ＡＥ領域及び、マニュアル撮影に必要な露出時間を予備的な測定により実測して求めて、計測又は算出された値を設定する（ステップＳ６１）。
【００５７】
次に、ＡＥ撮影モード時の最大ＡＥ調整時間Ｔae[MAX]をデータベースから読み出し（ステップＳ６２）、さらに露出時間の最大値ＴexpA[MAX]をデータベースから読み出す（ステップＳ６３）。次に、最小撮影待機時間Ｔwait[MIN]＝Ｔint−（ＴexpA[MAX]＋Ｔae[MAX]＋ＴexpM）を計算し、Ｔwait[MIN]＜０か否かを判定する（ステップＳ６４）。この判定において、Ｔwait[MIN]＜０であれば（ＹＥＳ）、この設定では測定することができない旨の警告を発して、例えば、連写スピードの設定が速すぎるので遅くなるように促し（ステップＳ６５）、ステップＳ６１へ戻り、再度設定をやり直す。一方、判定でＴwait[MIN]≧０あれば（ＹＥＳ）、測定を開始する。
【００５８】
この操作手順を用いることにより、図８のタイミングチャートに示すように、タイプラプス撮影において、ＡＥ撮影モードとマニュアル撮影モードを順次実施しても撮影間隔Ｔwait内で、撮影待機時間を確保し且つ、矛盾なく測定をすることが可能になる。
【００５９】
このように第８の実施形態では、一例として、撮影条件の異なるＡＥ撮影とマニュアル撮影を測定する方法について説明したが、他の撮影条件であっても容易に適用することができる。例えば、（１）ビニング処理を行う場合とビニング処理を行わない場合、（２）照明光が明るい場合と暗い場合、（３）複数の細胞の調査を想定したものでステージ位置が異なる場合、（４）厚みがある細胞の取得を想定し、Z軸ステージを移動して表皮にピントを合わせた場合と核にピントを合わせた場合など、本実施形態を用いることにより種々の撮影条件に対応した観察画像を１回の測定で取得することができる。
【００６０】
次に、第９実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
本実施形態では、ＡＥ撮影モードのＡＥ調整時に、図１に示した顕微鏡コントロール３からの指令により、駆動部４で調光を行い、落射照明光源８や透過照明用光源１５の照明量を絞る操作を行う。この操作により、特に第１の実施形態で説明したタイムラプス撮影や動画撮影におけるＡＥ調整の回数が頻発する場合には、標本へ照射される光量を低減できるため、細胞を保護することができる。
【００６１】
次に、第１０実施形態に係る画像記録装置について説明する。  
本実施形態は、ビニング処理を伴った撮影を行い、ＡＥ調整時間Ｔaeを削減する。
【００６２】
ＡＥ撮影モードを実行する際に、露出条件にビニング処理を伴う条件を加えたビニング処理項目を追加設定する。ＡＥ撮影モードで露出条件の設定の際に、ビニング処理項目を選択することにより、ビニング処理が実施され、ＡＥ調整時間及び露出時間を短くすることができる。従って、前述した第１，第２の実施形態において、通常の露出では前述した制約条件が満たされない場合でも、ビニング処理項目を追加することにより、その制約条件を満たすことを実現することができる場合がある。
【００６３】
さらに、ビニング処理項目を設定することにより、ＡＥ調整時間及び露出時間が短くなり、即ち標本１１への落射照明光及び透過照明光の照射時間を短縮して、標本１１の生細胞に与えるダメージを軽減することができる。
【００６４】
以上説明したように本実施形態によれば、生細胞の経時変化を示す観察画像を取得する際、標本からの輝度が明るい領域から暗い領域まで（又は、その逆）変化した場合であっても、測定期間中に均質な明るさの画像データを感度や階調特性を損なうことなく取得することができため、実験の失敗を回避して、データを有効活用することができる。
【００６５】
また、タイムラプス撮影において、複数の撮影条件の実験データを１回の測定で取得できるため、測定や実験に費やす時間を低減し、且つ標本の細胞を保護することができる。
【００６６】
以上説明した各実施形態による本発明は、以下の作用効果を得ることができる。
【００６７】
（１）動画撮影やタイムラプス撮影を有する画像記録装置において、撮影期間中に適切な時間間隔で自動露出制御（ＡＥ）を行い、標本の発光輝度が時間の経過とともに変化した場合であっても、固体撮影素子（ＣＣＤ）のダイナミックレンジを越えることなく、Ｓ／Ｎが良い、略均一な輝度で画像データを取得することができる。
【００６８】
（２）前記（１）構成において、画像データと同時に露出条件や露出時間の情報も記録することを可能にする。これにより、自動露出制御（ＡＥ）を行った時点で、標本からの絶対照度を取得した露出条件や露出時間から換算することにより、標本に対する有用な実験解析が可能となる。
【００６９】
（３）タイムラプス撮影おいて、一定の時間間隔をおいて静止画を取得する際、複数の撮影条件で記録を順次に行い、１回の測定で複数の撮影条件の観察象を記録することを可能にする。この手法によれば、１回の撮影で複数の撮影条件のデータを取得できるため、実験時間を削減できるだけでなく、細胞にかかるストレスを低減できる。また、この手法を用いることにより、複数の画像記録装置や撮影機構を用いるなど、装置規模を大きくする必要がない。
【００７０】
（４）タイムラプス撮影おいて、静止画像取得時に自動露出制御（ＡＥ）を行う際、照明手段の照明量を絞る機構を有する。ＡＥを行う際、照明量を絞ることで、標本に照射する光量を低減し、蛍光観察による標本の退色や細胞へのストレスを妨げることができる。また、タイムラプス撮影の静止画取得時に自動露出制御（ＡＥ）を行う際、ビニングに設定する処理を行い、露出時間を削減し、標本に照射する光量を低減して標本を保護することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明による第１の実施形態における顕微鏡用画像記録装置を搭載する顕微鏡システムの概念的な構成例を示す図である。
【図２】第１の実施形態におけるタイムラプス撮影における測定手順と時間との関係を示すタイミングチャートである。
【図３】第１の実施形態における測定開始前の処理について説明するためのフローチャートである。
【図４】第１の実施形態におけるタイムラプス撮影について説明するためのフローチャートである。
【図５】第４の実施形態における動画撮影における測定手順と時間との関係を示すタイミングチャートである。
【図６】第４の実施形態における動画撮影について説明するためのフローチャートである。
【図７】第６の実施形態における動画撮影について説明するためのフローチャートである。
【図８】第８の実施形態におけるタイムラプス撮影について説明するためのフローチャートである。
【図９】第８の実施形態における測定開始前の処理について説明するためのフローチャートである。
【図１０】従来技術におけるタイムラプス撮影の測定時間を示す図である。
【図１１】従来技術における全体の実験時間を示す図である。
【図１２】一般的な顕微鏡用画像記録装置のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…顕微鏡本体、２…顕微鏡用画像記録装置、３…顕微鏡コントロール部、４…駆動回路部、５…結像レンズユニット、６…三眼鏡筒ユニット、７…接眼レンズユニット、８…落射照明用光源、９…蛍光キューブ、１０…対物レンズ、１１…標本、１２…ステージ、１３…コンデンサ光学素子ユニット、１４…折曲ミラー、１５…透過照明用光源、１６…落射照明光源用シャッタ、１７…透過照明光源用シャッタ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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