(57)【要約】【課題】波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる撮像装置、画像取得システム、及び画像取得方法を提供する。【解決手段】撮像装置８は、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによるローリング読み出しと、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行するコントローラ１１と、を備え、コントローラ１１は、第１の光スキャナ３Ａの第１のトリガ信号に基づいて第１の連続ローリング読み出しを実行し、第２の光スキャナ３Ｂの第２のトリガ信号に基づいて、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第２の連続ローリング読み出しを開始させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の光スキャナの走査開始を示す第１のトリガ信号、及び第２の光スキャナの走査開始を示す第２のトリガ信号に基づいて画素列群のローリング読み出しを行う撮像装置であって、
複数の画素列によって構成される第１の画素列群と、
前記第１の画素列群からの信号読み出しを行う第１の読出回路と、
複数の画素列によって構成される第２の画素列群と、
前記第２の画素列群から信号読み出しを行う第２の読出回路と、
前記第１の画素列群及び前記第１の読出回路によるローリング読み出しと、前記第２の画素列群及び前記第２の読出回路によるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記第１のトリガ信号に基づいて第１の連続ローリング読み出しを実行し、
前記第２のトリガ信号に基づいて、前記第２の画素列群及び前記第２の読出回路による前記第１の連続ローリング読み出しの実行中に、前記第１の画素列群及び前記第１の読出回路による第２の連続ローリング読み出しを開始させる、撮像装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の連続ローリング読み出し及び前記第２の連続ローリング読み出しにおける一画素列当たりの露光時間を制御する、請求項１記載の撮像装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記第１の連続ローリング読み出し及び前記第２の連続ローリング読み出しにおける、隣接する画素間の読み出しタイミングの時間間隔を制御する、請求項２記載の撮像装置。
【請求項４】
前記第１のトリガ信号と前記第２のトリガ信号との時間間隔は、前記第１の画素列群の画素列数と前記読み出しタイミングの時間間隔との積による時間以上となっている、請求項３記載の撮像装置。
【請求項５】
試料に励起光を走査することによって前記試料の蛍光画像を取得する画像取得システムであって、
第１の波長を有する第１の励起光を出力する第１の光源と、
第２の波長を有する第２の励起光を出力する第２の光源と、
前記第１の光源と光学的に結合され、前記第１の励起光を前記試料に対して走査する第１の光スキャナと、
前記第２の光源と光学的に結合され、前記第２の励起光を前記試料に対して走査する第２の光スキャナと、
請求項１〜４のいずれか一項記載の撮像装置と、を備える、画像取得システム。
【請求項６】
前記撮像装置及び前記第１の光スキャナに前記第１のトリガ信号を出力し、前記撮像装置及び前記第２の光スキャナに前記第２のトリガ信号を出力する同期部を更に備える、請求項５記載の画像取得システム。
【請求項７】
前記第１の光スキャナは、前記撮像装置に前記第１のトリガ信号を出力する第１の出力部を備え、
前記第２の光スキャナは、前記撮像装置に前記第２のトリガ信号を出力する第２の出力部を更に備える、請求項５記載の画像取得システム。
【請求項８】
前記撮像装置は、前記第１の光スキャナに前記第１のトリガ信号を出力し、前記第２の光スキャナに前記第２のトリガ信号を出力する出力部を更に備える、請求項５記載の画像取得システム。
【請求項９】
複数の画素列によって構成される第１の画素列群と、前記第１の画素列群からの信号読み出しを行う第１の読出回路と、複数の画素列によって構成される第２の画素列群と、前記第２の画素列群から信号読み出しを行う第２の読出回路とを備える撮像装置を用い、試料に励起光を走査することによって前記試料の蛍光画像を取得する画像取得方法であって、
第１のトリガ信号に基づいて、第１の波長を有する第１の励起光を第１の光スキャナによって前記試料に対して走査する第１の励起光走査ステップと、
前記第１のトリガ信号に基づいて、前記第１の画素列群及び前記第１の読出回路によるローリング読み出しと、前記第２の画素列群及び前記第２の読出回路によるローリング読み出しと連続して実行させ、前記第１の励起光の走査によって前記試料で発生した第１の蛍光を撮像する第１の撮像ステップと、
第２のトリガ信号に基づいて、第２の波長を有する第２の励起光を第２の光スキャナによって前記試料に対して走査する第２の励起光走査ステップと、
前記第２のトリガ信号に基づいて、前記第１の画素列群及び前記第１の読出回路によるローリング読み出しと、前記第２の画素列群及び前記第２の読出回路によるローリング読み出しと連続して実行させ、前記第２の励起光の走査によって前記試料で発生した第２の蛍光を撮像する第２の撮像ステップと、を備え、
前記第２の撮像ステップを、前記第１の撮像ステップの実行中に開始させる、画像取得方法。
【請求項１０】
前記撮像装置及び前記第１の光スキャナに前記第１のトリガ信号を出力する第１の同期ステップと、
前記撮像装置及び前記第２の光スキャナに前記第２のトリガ信号を出力する第２の同期ステップと、を更に備える、請求項９記載の画像取得方法。
【請求項１１】
前記第１の光スキャナから前記撮像装置に前記第１のトリガ信号を出力する第１の同期ステップと、
前記第２の光スキャナから前記撮像装置に前記第２のトリガ信号を出力する第２の同期ステップと、を更に備える、請求項９記載の画像取得方法。
【請求項１２】
前記撮像装置から前記第１の光スキャナに前記第１のトリガ信号を出力する第１の同期ステップと、
前記撮像装置から前記第２の光スキャナに前記第２のトリガ信号を出力する第２の同期ステップと、を更に備える、請求項９記載の画像取得方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、撮像装置、画像取得システム、及び画像取得方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、シート状の励起光を試料に対して走査し、試料から発せられる蛍光を撮像するライトシート顕微鏡が知られている。ライトシート顕微鏡に用いる撮像装置として、例えばローリング読み出しが可能なＣＭＯＳセンサを搭載した撮像装置の応用が検討されている。ローリング読み出しは、撮像素子の画素列ごとに露光と信号読み出しとを順次行う手法であり、ローリング読み出しの読み出し速度と励起光の走査速度とを同期させることで、鮮明な蛍光画像の取得が可能となっている（例えば特許文献１及び非特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＷＯ２０１４／１１９４５１号パンフレット
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】“Scanned light sheet microscopy with confocal slit detection” OpticsExpress, Vol. 20 Issue 19, pp. 21805- 21814, 2012
【非特許文献２】“High-resolution reconstruction of the beating zebrafish heart”Nature Methods 11, 919-922, 2014
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ライトシート顕微鏡においては、異なる波長の励起光を同時に用いる多波長ライトシート顕微鏡も検討されている（例えば非特許文献２参照）。この非特許文献２では、２つの異なる波長の励起光を同時に走査し、試料から発生した波長の異なる蛍光をダイクロイックミラーなどの分光素子によって空間的に分離して１台若しくは２台の撮像装置で蛍光画像を撮像している。しかしながら、この非特許文献２の構成では、試料から発生する蛍光の波長が近い場合には蛍光の空間的な分離が難しく、撮像装置で撮像可能な蛍光の波長が制限されてしまう点が課題となっていた。
【０００６】
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる撮像装置、画像取得システム、及び画像取得方法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】
【０００７】
本発明の一側面に係る撮像装置は、第１の光スキャナの走査開始を示す第１のトリガ信号、及び第２の光スキャナの走査開始を示す第２のトリガ信号に基づいて画素列群のローリング読み出しを行う撮像装置であって、複数の画素列によって構成される第１の画素列群と、第１の画素列群からの信号読み出しを行う第１の読出回路と、複数の画素列によって構成される第２の画素列群と、第２の画素列群から信号読み出しを行う第２の読出回路と、第１の画素列群及び第１の読出回路によるローリング読み出しと、第２の画素列群及び第２の読出回路によるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行する制御部と、を備え、制御部は、第１のトリガ信号に基づいて第１の連続ローリング読み出しを実行し、第２のトリガ信号に基づいて、第２の画素列群及び第２の読出回路による第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群及び第１の読出回路による第２の連続ローリング読み出しを開始させる。
【０００８】
この撮像装置では、第１の画素列群及び第１の読出回路と、第２の画素列群及び第２の読出回路とが設けられており、第１の画素列群及び第１の読出回路によるローリング読み出しと、第２の画素列群及び第２の読出回路によるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行する。また、この撮像装置では、第１のトリガ信号及び第２のトリガ信号に基づいて、第２の画素列群及び第２の読出回路による第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群及び第１の読出回路による第２の連続ローリング読み出しを開始させる。したがって、複数の蛍光を第１の画素列群と第２の画素列群とで時間差をもって撮像することが可能となるため、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる。
【０００９】
また、制御部は、第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しにおける一画素列当たりの露光時間を制御してもよい。これにより、複数の蛍光の撮像の時間差を任意に調整可能となる。
【００１０】
また、制御部は、第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しにおける、隣接する画素間の読み出しタイミングの時間間隔を制御してもよい。これにより、複数の蛍光の撮像の時間差を任意に調整可能となる。
【００１１】
また、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔は、第１の画素列群の画素列数と読み出しタイミングの時間間隔との積による時間以上となっていてもよい。これにより、第２の画素列群及び第２の読出回路による第１の連続ローリング読み出しの実行中に、より確実に第１の画素列群及び第１の読出回路による第２の連続ローリング読み出しを開始させることができる。
【００１２】
また、本発明の一側面に係る画像取得システムは、試料に励起光を走査することによって試料の蛍光画像を取得する画像取得システムであって、第１の波長を有する第１の励起光を出力する第１の光源と、第２の波長を有する第２の励起光を出力する第２の光源と、第１の光源と光学的に結合され、第１の励起光を試料に対して走査する第１の光スキャナと、第２の光源と光学的に結合され、第２の励起光を試料に対して走査する第２の光スキャナと、上記の撮像装置と、を備える。
【００１３】
この画像取得システムでは、第１の画素列群及び第１の読出回路と、第２の画素列群及び第２の読出回路とが設けられており、第１の画素列群及び第１の読出回路によるローリング読み出しと、第２の画素列群及び第２の読出回路によるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行する。また、この画像取得システムでは、第１のトリガ信号及び第２のトリガ信号に基づいて、第２の画素列群及び第２の読出回路による第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群及び第１の読出回路による第２の連続ローリング読み出しを開始させる。したがって、複数の蛍光を第１の画素列群と第２の画素列群とで時間差をもって撮像することが可能となるため、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる。
【００１４】
また、撮像装置及び第１の光スキャナに第１のトリガ信号を出力し、撮像装置及び第２の光スキャナに第２のトリガ信号を出力する同期部を更に備えていてもよい。この場合、同期部によって光スキャナによる励起光の走査と撮像装置によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【００１５】
また、第１の光スキャナは、撮像装置に第１のトリガ信号を出力する第１の出力部を備え、第２の光スキャナは、撮像装置に第２のトリガ信号を出力する第２の出力部を更に備えていてもよい。この場合、第１の出力部及び第２の出力部によって光スキャナによる励起光の走査と撮像装置によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【００１６】
また、撮像装置は、第１の光スキャナに第１のトリガ信号を出力し、第２の光スキャナに第２のトリガ信号を出力する出力部を更に備えていてもよい。この場合、出力部によって光スキャナによる励起光の走査と撮像装置によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【００１７】
また、本発明の一側面に係る画像取得方法は、複数の画素列によって構成される第１の画素列群と、第１の画素列群からの信号読み出しを行う第１の読出回路と、複数の画素列によって構成される第２の画素列群と、第２の画素列群から信号読み出しを行う第２の読出回路とを備える撮像装置を用い、試料に励起光を走査することによって試料の蛍光画像を取得する画像取得方法であって、第１のトリガ信号に基づいて、第１の波長を有する第１の励起光を第１の光スキャナによって試料に対して走査する第１の励起光走査ステップと、第１のトリガ信号に基づいて、第１の画素列群及び第１の読出回路によるローリング読み出しと、第２の画素列群及び第２の読出回路によるローリング読み出しと連続して実行させ、第１の励起光の走査によって試料で発生した第１の蛍光を撮像する第１の撮像ステップと、第２のトリガ信号に基づいて、第２の波長を有する第２の励起光を第２の光スキャナによって試料に対して走査する第２の励起光走査ステップと、第２のトリガ信号に基づいて、第１の画素列群及び第１の読出回路によるローリング読み出しと、第２の画素列群及び第２の読出回路によるローリング読み出しと連続して実行させ、第２の励起光の走査によって試料で発生した第２の蛍光を撮像する第２の撮像ステップと、を備え、第２の撮像ステップを、第１の撮像ステップの実行中に開始させる。
【００１８】
この画像取得方法では、第１の画素列群及び第１の読出回路と、第２の画素列群及び第２の読出回路とにより、第１の画素列群及び第１の読出回路によるローリング読み出しと、第２の画素列群及び第２の読出回路によるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行する。また、この画像取得方法では、第２のトリガ信号に基づいて、第２の画素列群及び第２の読出回路による第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群及び第１の読出回路による第２の連続ローリング読み出しを開始させる。したがって、複数の蛍光を第１の画素列群と第２の画素列群とで時間差をもって撮像することが可能となるため、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる。
【００１９】
また、撮像装置及び第１の光スキャナに第１のトリガ信号を出力する第１の同期ステップと、撮像装置及び第２の光スキャナに第２のトリガ信号を出力する第２の同期ステップと、を更に備えてもよい。この場合、光スキャナによる励起光の走査と撮像装置によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【００２０】
また、第１の光スキャナから撮像装置に第１のトリガ信号を出力する第１の同期ステップと、第２の光スキャナから撮像装置に第２のトリガ信号を出力する第２の同期ステップと、を更に備えてもよい。この場合、光スキャナによる励起光の走査と撮像装置によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【００２１】
また、撮像装置から第１の光スキャナに第１のトリガ信号を出力する第１の同期ステップと、撮像装置から第２の光スキャナに第２のトリガ信号を出力する第２の同期ステップと、を更に備えてもよい。この場合、光スキャナによる励起光の走査と撮像装置によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】画像取得システムの一実施形態を示す図である。
【図２】撮像装置に適用される撮像素子の一例を示す図である。
【図３】撮像装置におけるローリング読み出しの一例を示す図であり、（ａ）は撮像装置の受光部を示し、（ｂ）は各画素列におけるローリング読み出しのタイミングを示す。
【図４】画像取得システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】第１の連続ローリング読み出しの開始時の状態を示す図であり、（ａ）は撮像装置の受光部を示し、（ｂ）は各画素列におけるローリング読み出しのタイミングを示す。
【図６】第２の連続ローリング読み出しの開始時の状態を示す図であり、（ａ）は撮像装置の受光部を示し、（ｂ）は各画素列におけるローリング読み出しのタイミングを示す。
【図７】図６の後続の状態を示す図である。
【図８】画像取得システムの変形例を示す図である。
【図９】撮像装置におけるローリング読み出しの変形例を示す図であり、（ａ）は撮像装置の受光部を示し、（ｂ）は各画素列におけるローリング読み出しのタイミングを示す。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、図面を参照しながら、本発明の一側面に係る撮像装置、画像取得システム、及び画像取得方法の好適な実施形態について詳細に説明する。
【００２５】
図１は、画像取得システムの一実施形態を示す図である。同図に示すように、画像取得システム１は、第１の光源２Ａと、第２の光源２Ｂと、第１の光スキャナ３Ａと、第２の光スキャナ３Ｂと、導光光学系４と、照射用対物レンズ５と、検出用対物レンズ６と、結像レンズ７と、撮像装置８とを備えている。また、画像取得システム１は、コントローラ（制御部）１１と、表示装置１２と、入力装置１３とを備えている。
【００２６】
画像取得システム１は、異なる２つの波長の励起光を同時に用いる２波長ライトシート顕微鏡の一形態として構成されている。画像取得システム１で観察する試料Ｓは、例えば組織細胞などの生体サンプルであり、スライドガラスに密封された状態でステージに載置される。試料Ｓには、予め蛍光試薬が付与される。蛍光試薬としては、インドシアニングリーン、インドシアニンブルー、５ＡＬＡ、フルオレセイン、パテントブルー、インジコカルミンなどの蛍光色素が挙げられる。また、蛍光試薬には、メチレンブルー、レザフリン、フォトフリンなどの光増感剤、バイオマーカー等が含まれていてもよい。
【００２７】
第１の光源２Ａ及び第２の光源２Ｂは、試料Ｓに対する励起光を出力する部分である。第１の光源２Ａ及び第２の光源２Ｂとしては、例えばレーザダイオード（ＬＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、スーパールミネッセントダイオード（ＳＬＤ）、ハロゲンランプなどのランプ方式光源が用いられる。第１の光源２Ａ及び第２の光源２Ｂによる励起光の出力の開始及び停止は、コントローラ１１からの指示信号によって制御される。本実施形態では、第１の光源２Ａからは、第１の波長（例えば波長４８８ｍｍ）を有する第１の励起光が出力され、第２の光源２Ｂからは、第２の波長（例えば波長５６１ｍｍ）を有する第２の励起光が出力される。なお、第１の波長及び第２の波長は、等しい波長であってもよい。
【００２８】
第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂは、試料Ｓに向けて励起光を走査する部分である。第１の光スキャナ３Ａは、第１の光源２Ａと光学的に結合されており、試料Ｓに向けて第１の励起光を走査する。第２の光スキャナ３Ｂは、第２の光源２Ｂと光学的に結合されており、試料Ｓに向けて第２の励起光を走査する。第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂによる走査の開始及び停止は、コントローラ１１からの指示信号によって制御される。また、第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂによる光走査速度についても、コントローラ１１からの指示信号によって制御される。
【００２９】
導光光学系４は、第１の光スキャナ３Ａによって走査された第１の励起光、及び第２の光スキャナ３Ｂによって走査された第２の励起光を試料Ｓに向けて導光する部分である。導光光学系４は、例えばシリンドリカルレンズ、アキシコンレンズ、フレネルバイプリズム、或いは空間光変調器などの光学素子を含んで構成され、第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂに光学的に結合されている。また、照射用対物レンズ５は、導光光学系４と光学的に結合されており、第１の励起光及び第２の励起光を試料Ｓに向けて集光する。なお、導光光学系４により、第１の励起光及び第２の励起光を集光させる場合、照射用対物レンズ５は不要となる。導光光学系４は、第１の光スキャナ３Ａに光学的に結合された第１の光学素子及び第２の光スキャナ３Ｂに光学的に接続された第２の光学素子を有していてもよい。また、第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂに光学的に結合された共通の光学素子を有していてもよい。
【００３０】
検出用対物レンズ６は、第１の励起光の走査によって試料Ｓで発生した第１の蛍光、及び第２の励起光の走査によって試料Ｓで発生した第２の蛍光を集光する。検出用対物レンズ６を通る励起光の光軸は、照射用対物レンズ５を通る蛍光の光軸と交差した状態（ここでは直交状態）となっている。結像レンズ７は、検出用対物レンズ６と光学的に結合され、検出用対物レンズ６によって集光された第１の蛍光及び第２の蛍光を撮像装置８の受光部１５（図３（ａ）参照）に結像させる。
【００３１】
撮像装置８は、第１の蛍光による画像データ及び第２の蛍光による画像データを取得する部分である。撮像装置８は、例えばローリング読み出しが可能なイメージセンサ（例えばＣＭＯＳイメージセンサ）を有している。また、撮像装置８は、受光部１５による露光及び信号読み出しを制御する撮像制御回路（制御部）２０を有している。撮像装置８の受光部１５は、図２に示すように、複数の画素列１８（図３（ａ）参照）によって構成される第１の画素列群１６Ａ及び第２の画素列群１６Ｂと、第１の画素列群１６Ａからの信号読み出しを行う第１の読出回路１７Ａと、第２の画素列群１６Ｂからの信号読み出しを行う第２の読出回路１７Ｂとを備えている。
【００３２】
本実施形態では、図３（ａ）に示すように、第１の画素列群１６Ａ及び第２の画素列群１６Ｂの画素列数は、それぞれ６列となっている。各画素列１８には、読み出し方向に直交する方向に複数の画素が配列されている。第１の読出回路１７Ａからの第１の読出信号は、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第１のローリング読み出しに伴い、コントローラ１１に出力される。また、第２の読出回路１７Ｂからの第２の読出信号は、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第２のローリング読み出しに伴い、コントローラ１１に出力される。
【００３３】
ローリング読み出しは、撮像素子の画素列ごとに露光と信号読み出しとをタイミングをずらして順次行う読み出し手法であり、いわゆるローリングシャッタである。第１のローリング読み出しは、第１の画素列群１６Ａの端部画素列（第１の画素列群１６Ａの第１画素列）から第１の画素列群１６Ａにおける受光部１５の中央画素列（第１の画素列群１６Ａの第６画素列）まで露光と信号読み出しを順次行う処理である。また、第２のローリング読み出しは、第２の画素列群１６Ｂにおける受光部１５の中央画素列（第２の画素列群１６Ｂの第１画素列）から第２の画素列群１６Ｂの端部画素列（第２の画素列群１６Ｂの第６画素列）まで露光と信号読み出しを順次行う処理である。
【００３４】
撮像装置８では、光スキャナの走査開始を示すトリガ信号に基づいて画素列群の連続ローリング読み出しが実行される。より具体的には、トリガ信号に基づいて第１のローリング読み出しが開始され、第１のローリング読み出しの終了に続くように第２のローリング読み出しが開始されることで、連続ローリング読み出しが実行される。撮像装置８では、図３（ｂ）に示すように、第１の光スキャナ３Ａの走査開始を示す第１のトリガ信号に基づいて第１の連続ローリング読み出しが実行され、第２の光スキャナ３Ｂの走査開始を示す第２のトリガ信号に基づいて第２の連続ローリング読み出しが実行される。
【００３５】
第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しは、いずれも第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第１のローリング読み出しと、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第２のローリング読み出しと連続させた一連の処理である。すなわち、第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しでは、第１の画素列群１６Ａにおける第１画素列〜第６画素列の第１のローリング読み出しが実行された後、第２の画素列群１６Ｂにおける第１画素列〜第６画素列の第２のローリング読み出しが実行される。したがって、第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しでは、第１の画素列群１６Ａにおける受光部１５の中央画素列（第１の画素列群１６Ａの第６画素列）における露光及び信号読み出しに連続して、第２の画素列群１６Ｂにおける受光部１５の中央画素列（第２の画素列群１６Ｂの第１画素列）における露光及び信号読み出しが実行される。
【００３６】
図３（ｂ）の例では、一の画素列１８における読み出しの終了と同時に次の画素列１８における読み出しが開始されるように、次の画素列１８における露光の開始のタイミングが制御される。例えば撮像装置８の読出制御部で生成される駆動クロックの駆動周期に基づいてリセット信号及び読み出し開始信号が生成され、第１の読出回路１７Ａ及び第２の読出回路１７Ｂは、これらの信号に基づいて画素列１８毎の露光及び読み出しを制御する。なお、撮像装置８の読出制御部は、撮像制御回路２０であってもよいし、イメージセンサ内部の制御回路であってもよい。
【００３７】
コントローラ１１は、撮像装置８を含む画像取得システム１の全体の動作を制御する部分である。また、コントローラ１１は、撮像装置８から出力される読出信号に基づいて試料Ｓの蛍光画像を生成する部分である。コントローラ１１は、図１に示すように、第１の光源２Ａ、第２の光源２Ｂ、第１の光スキャナ３Ａ、第２の光スキャナ３Ｂ、及び撮像装置８に対して情報通信可能に接続されている。また、コントローラ１１には、モニタなどの表示装置１２、キーボードやマウスといった入力装置１３が接続されている。なお、コントローラ１１としてタブレット端末などのスマートデバイスを用いる場合、コントローラ１１は、表示装置１２及び入力装置１３を内蔵するものとなる。
【００３８】
コントローラ１１は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）を内蔵するコンピュータシステムである。コントローラ１１は、第１の光源２Ａ、第２の光源２Ｂ、第１の光スキャナ３Ａ、第２の光スキャナ３Ｂ、及び撮像装置８を制御するためのタイミング制御回路を備えていてもよい。この場合のタイミング制御回路は、例えばタイミング生成ボード或いはタイミング制御装置である。コントローラ１１は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行すること、或いはタイミング制御回路によって各処理を実行する。
【００３９】
コントローラ１１は、撮像装置８及び第１の光スキャナ３Ａに第１のトリガ信号を出力し、撮像装置８及び第２の光スキャナ３Ｂに第２のトリガ信号を出力する同期部１９としても機能する。つまり、コントローラ１１は、第１の光スキャナ３Ａによる第１の励起光の走査と第１の連続ローリング読み出しとを同期させ、第２の光スキャナ３Ｂによる第２の励起光の走査と第２の連続ローリング読み出しとを同期させる。
【００４０】
第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔は、入力装置１３からの入力に基づいて可変に設定できる。本実施形態では、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔は、第１の画素列群１６Ａの画素列数と当該画素列間の読み出しタイミングの時間間隔（読出時間間隔）との積による時間以上となっている。これにより、図３（ｂ）に示すように、第１の連続ローリング読み出しと、これに後続する第２の連続ローリング読み出しとにおいて、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第２の連続ローリング読み出しが開始されるようになっている。第１の連続ローリング読み出しと第２の連続ローリング読み出しとのより確実な実行のため、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔は、上記積による時間に一画素列当たりの露光時間を加算した時間以上に設定されてもよい。
【００４１】
ローリング読み出しの動作に関し、入力装置１３によって入力されるパラメータは、１）ローリング読み出しの読出速度（ｌｉｎｅｓ／ｍｓ、μｍ／ｍｓ）、２）受光部１５のスリット幅（ｌｉｎｅｓ）、３）一画素列当たりの露光時間（ｍｓ）、のうちの少なくとも２つである。ローリング読み出しの読出速度は、所定時間（例えば１ｍｓ）内に読み出される画素列数である。読出速度の逆数は、上述した読出時間間隔に相当する。したがって、ローリング読み出しの読出速度の代わりに読出時間間隔を入力パラメータとしてもよい。一般に、ローリング読み出しでは、前段の画素列の読み出し終了と同時に次段の画素列の読み出しが開始される。したがって、読出時間間隔は、一の画素列の読み出し開始から次の画素列の読み出し開始までの時間間隔に相当する。
【００４２】
受光部１５のスリット幅は、同時に露光される画素列数である。スリット幅は、試料Ｓからの蛍光が同時に入力する画素列数とも等しくなっている。スリット幅を大きく設定すると、一画素列当たりの露光時間を長くすることが可能となり、スリット幅を小さく設定すると、ボケ成分を低減することが可能となる。
【００４３】
通常、ローリング読み出しの読出速度は、最速の読出速度に設定される。また、ユーザにより、入力装置１３を介して受光部１５のスリット幅若しくは一画素列当たりの露光時間が設定される。例えばユーザが受光部１５のスリット幅を設定した場合、コントローラ１１側では、設定された読出速度から読出時間間隔を算出し、最速の読出時間間隔とユーザが設定したスリット幅との積から露光時間を設定する。また、例えばユーザが一画素列当たりの露光時間を設定した場合、最速の読出速度とユーザが設定した一画素列当たりの露光時間との積が受光部１５のスリット幅となる。
【００４４】
ユーザにより、入力装置１３を介してスリット幅と露光時間とが設定されてもよい。この場合、コントローラ１１側では、入力された露光時間をスリット幅で除算して読出時間間隔を設定する。この読出時間間隔の逆数は、ローリング読み出しの読出速度となる。また、ユーザにより、入力装置１３を介してローリング読み出しの読出速度（又は読出時間間隔）が設定されてもよい。
【００４５】
コントローラ１１は、設定又は算出された読出時間間隔に基づいて、各画素列１８に読み出しを開始させる読み出し開始信号の間隔（読出時間間隔）に相当する外部信号（例えばクロック数）を撮像装置８に出力する。また、コントローラ１１は、設定又は算出された一画素列あたりの露光時間に基づいて、各画素列１８に露光を開始させるリセット信号の間隔に相当する外部信号（例えばクロック数）を撮像装置８に出力する。撮像装置８の撮像制御回路２０は、入力された外部信号に基づいて、第１のローリング読み出し及び第２のローリング読み出しを制御する。
【００４６】
また、コントローラ１１は、算出又は設定されたパラメータに基づいて、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔を設定してもよい。例えばコントローラ１１は、第１の画素列群１６Ａの画素列数と設定された（算出された）読出時間間隔との積による時間以上となるように、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔を設定してもよい。さらに、コントローラ１１は、上記積による時間に一画素列当たりの露光時間を加算した時間以上になるように、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔を設定してもよい。第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔は、入力装置１３を介してユーザによって設定されてもよい。
【００４７】
なお、読出時間間隔は、第１の読出回路１７Ａ及び第２の読出回路１７Ｂによる読出時間に調整時間を加算したものであってもよい。この場合、第１の読出回路１７Ａ及び第２の読出回路１７Ｂによる読出時間を変えずとも、駆動クロックのカウント数の変更によって調整時間の長さを調整することで、読出時間間隔の調整を容易に行うことができる。
【００４８】
また、画像取得システム１では、第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂの光走査速度とローリング読み出しの読出速度とが同期している必要がある。このため、例えば第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂにおける光走査速度に合わせてローリング読み出しの読出速度（又は読出時間間隔）を設定してもよく、ローリング読み出しの読出速度（又は読出時間間隔）に合わせて第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂにおける最速の光走査速度を設定してもよい。第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂの光走査速度は、最速の光走査速度であることが好適である。
【００４９】
続いて、上述した画像取得システム１の動作について説明する。
【００５０】
図４は、画像取得システムの動作を示すフローチャートである。同図に示すように、画像取得システム１では、まず、画像取得のためのパラメータの設定がなされる（ステップＳ０１）。ここでは、ユーザによる入力装置１３の入力により、１）ローリング読み出しの読出速度（ｌｉｎｅｓ／ｍｓ、μｍ／ｍｓ）、２）受光部１５のスリット幅（ｌｉｎｅｓ）、３）一画素列当たりの露光時間（ｍｓ）、のうちの少なくとも２つが入力される。
【００５１】
ユーザの入力及びコントローラ１１の演算によりパラメータの設定がなされた後、第１の光源２Ａ及び第２の光源２Ｂが駆動し、第１の光スキャナ３Ａ及び第２の光スキャナ３Ｂによる励起光走査ステップと、撮像装置８による撮像ステップとが同期して実行される。より具体的には、まず、コントローラ１１から第１の光スキャナ３Ａ及び撮像装置８に対して第１のトリガ信号が出力される（第１の同期ステップ）。
【００５２】
第１のトリガ信号を受信した第１の光スキャナ３Ａでは、試料Ｓに対する第１の励起光の走査が実行される（ステップＳ０２：第１の励起光走査ステップ）。また、第１のトリガ信号を受信した撮像装置８では、第１の励起光の走査と同期して第１の連続ローリング読み出しが開始される（ステップＳ０３：第１の撮像ステップ）。第１の連続ローリング読み出しによって得られた第１の読出信号及び第２の読出信号は、撮像装置８からコントローラ１１に順次出力される。
【００５３】
図５（ａ）及び図５（ｂ）に示す例では、スリット幅が２列となっており、第１の連続ローリング読み出しの開始直後の時刻ｔ１において、第１の画素列群１６Ａにおける第１画素列及び第２画素列に第１の蛍光が入力し、当該第１の画素列及び第２画素列の露光が同時に行われている。この後、第１画素列の露光が完了し、当該第１画素列の信号読み出しが開始されるタイミングで第３画素列の露光が開始される。以降、同様の手順で第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第１の連続ローリング読み出しが進行する。
【００５４】
第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第１の連続ローリング読み出しに引き続き、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しが実行される。また、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しの実行中に、コントローラ１１から第２の光スキャナ３Ｂ及び撮像装置８に対して第２のトリガ信号が出力される（第２の同期ステップ）。第２のトリガ信号を受信した第１の光スキャナ３Ａでは、試料Ｓに対する第２の励起光の走査が実行される（ステップＳ０４：第２の励起光走査ステップ）。また、第２のトリガ信号を受信した撮像装置８では、第２の励起光の走査と同期して第２の連続ローリング読み出しが開始される（ステップＳ０５：第２の撮像ステップ）。第２の連続ローリング読み出しによって得られた第１の読出信号及び第２の読出信号は、撮像装置８からコントローラ１１に順次出力される。
【００５５】
図６（ａ）及び図６（ｂ）に示す例では、第１の画素列群１６Ａにおける第６画素列の信号読み出しが完了したタイミングで、コントローラ１１から第２の光スキャナ３Ｂ及び撮像装置８に対して第２のトリガ信号が出力され、第２の連続ローリング読み出しが開始される。ここでは、第１の画素列群１６Ａにおける第１画素列の露光が開始され、第２の画素列群１６Ｂにおける第１画素列の信号読み出しが開始され、第２の画素列群１６Ｂにおける第３画素列の露光が開始される。
【００５６】
第２の連続ローリング読み出しの開始直後の時刻ｔ２では、第２の画素列群１６Ｂにおける第３画素列及び第４画素列に第１の蛍光が入力し、当該第３の画素列及び第４画素列の露光が同時に行われている。また、第１の画素列群１６Ａにおける第１画素列及び第２画素列に第２の蛍光が入力し、当該第１の画素列及び第２画素列の露光が同時に行われている。
【００５７】
以降、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しと、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第２の連続ローリング読み出しとが並行して実行される。第１の連続ローリング読み出しは、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第２の連続ローリング読み出しが開始される時刻ｔ３において完了する。
【００５８】
さらに、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第２の連続ローリング読み出しの実行中に、コントローラ１１から第１の光スキャナ３Ａ及び撮像装置８に対して第１のトリガ信号が再び出力される。図７（ａ）及び図７（ｂ）に示す例では、第１の画素列群１６Ａにおける第６画素列の信号読み出しが完了したタイミングで、コントローラ１１から第１の光スキャナ３Ａ及び撮像装置８に対して第１のトリガ信号が出力され、第１の連続ローリング読み出しが開始される。
【００５９】
第１の連続ローリング読み出しの開始直後の時刻ｔ４では、第１の画素列群１６Ａにおける第１画素列及び第２画素列に第１の蛍光が入力し、当該第１の画素列及び第２画素列の露光が同時に行われている。また、第２の画素列群１６Ｂにおける第３画素列及び第４画素列に第２の蛍光が入力し、当該第３の画素列及び第４画素列の露光が同時に行われている。
【００６０】
以降、同様の手順で第１の連続ローリング読み出しと第２の連続ローリング読み出しとが交互に実行される。コントローラ１１では、予め設定された所定回数の連続ローリング読み出しが完了したか否かが判断され（ステップＳ０６）、所定回数に満たない場合にはステップＳ０２〜ステップＳ０５が繰り返し実行される。読出信号を受け取ったコントローラ１１では、第１の蛍光に基づく蛍光画像と第２の蛍光に基づく蛍光画像とが生成され、メモリへの格納、表示装置１２への表示などがなされる（ステップＳ０７：画像生成ステップ）。なお、ステップＳ０７は、繰り返し実行されるステップＳ０２〜ステップＳ０５の最中に行われてもよい。
【００６１】
以上説明したように、画像取得システム１では、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａと、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂとが設けられており、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによるローリング読み出しと、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによるローリング読み出しと連続させた連続ローリング読み出しを実行する。また、画像取得システム１では、第１のトリガ信号及び第２のトリガ信号に基づいて、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第２の連続ローリング読み出しを開始させる。したがって、複数の蛍光を第１の画素列群１６Ａと第２の画素列群１６Ｂとで時間差をもって撮像することが可能となるため、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる。なお、複数の蛍光は、同じ波長の蛍光であってもよいし、異なる波長の蛍光であってもよい。
【００６２】
画像取得システム１では、コントローラ１１或いは撮像制御回路２０によって、第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しにおける一画素列当たりの露光時間が制御される。また、コントローラ１１或いは撮像制御回路２０によって、第１の連続ローリング読み出し及び第２の連続ローリング読み出しにおける、隣接する画素列１８，１８間の読み出しタイミングの時間間隔が制御される。これにより、複数の蛍光の撮像の時間差を任意に調整可能となる。
【００６３】
また、画像取得システム１では、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔が、第１の画素列群１６Ａの画素列数と当該画素列１８，１８間の読み出しタイミングの時間間隔との積による時間以上となっている。これにより、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂによる第１の連続ローリング読み出しの実行中に、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａによる第２の連続ローリング読み出しを開始させることができる。さらに、第１のトリガ信号と第２のトリガ信号との時間間隔を、上記積による時間に一画素列当たりの露光時間を加算した時間以上に設定する場合、第１の連続ローリング読み出しと第２の連続ローリング読み出しとをより確実に実行できる。
【００６４】
また、本実施形態では、コントローラ１１が同期部１９として機能し、撮像装置８及び第１の光スキャナ３Ａに第１のトリガ信号を出力し、撮像装置８及び第２の光スキャナ３Ｂに第２のトリガ信号を出力する。このような構成により、同期部１９によって光スキャナによる励起光の走査と撮像装置８によるローリング読み出しとを簡便に同期させることができる。
【００６５】
本発明は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、コントローラ１１が第１のトリガ信号及び第２のトリガ信号の出力元となっているが、トリガ信号の出力元はこれに限られない。例えば第１の光スキャナ３Ａが撮像装置８に第１のトリガ信号を出力する第１の出力部を備え、第２の光スキャナ３Ｂが撮像装置８に第２のトリガ信号を出力する第２の出力部を備えていてもよい。また、撮像装置８が第１の光スキャナに第１のトリガ信号を出力し、第２の光スキャナ３Ｂに第２のトリガ信号を出力する出力部を備えていてもよい。
【００６６】
また、上記実施形態では、異なる２つの波長の励起光を同時に用いる２波長ライトシート顕微鏡の一形態として画像取得システム１を例示したが、より多種の波長の励起光を同時に用いる多波長ライトシート顕微鏡として画像取得システムを適用することもできる。例えば図８に示す画像取得システム２１は、異なる３つの波長の励起光を同時に用いる３波長ライトシート顕微鏡の一形態である。
【００６７】
この画像取得システム２１は、第１の波長及び第２の波長と異なる第３の波長を有する第３の励起光を出力する第３の光源２Ｃと、第３の光源２Ｃに光学的に結合され、試料Ｓに向けて第３の励起光を走査する第３の光スキャナ３Ｃとを更に備えている。また、コントローラ１１は、撮像装置８及び第３の光スキャナ３Ｃに第３のトリガ信号を更に出力する。
【００６８】
撮像装置８の受光部１５は、複数の画素列１８によって構成される第３の画素列群１６Ｃ及び第３の画素列群１６Ｃからの信号読み出しを行う第３の読出回路（不図示）を更に備えている（図９（ａ）参照）。図９（ａ）に示す例では、第１の画素列群１６Ａ、第２の画素列群１６Ｂ、及び第３の画素列群１６Ｃの画素列数は、それぞれ４列となっている。
【００６９】
この画像取得システム２１では、図９（ｂ）に示すように、まず、第１のトリガ信号に基づく第１の連続ローリング読み出しが実行される。第１の連続ローリング読み出しの実行中、第１の画素列群１６Ａにおける第４画素列の読み出しが完了したタイミングで、第２のトリガ信号に基づく第２の連続ローリング読み出しが開始される。また、第２の連続ローリング読み出しの実行中、第２の画素列群１６Ｂにおける第４画素列の読み出しが完了したタイミングで、第３のトリガ信号に基づく第３の連続ローリング読み出しが開始される。さらに、第３の連続ローリング読み出しの実行中、第３の画素列群１６Ｃにおける第４画素列の読み出しが完了したタイミングで、第１のトリガ信号に基づく第１の連続ローリング読み出しが再び開始される。
【００７０】
第３の連続ローリング読み出しの開始直後の時刻ｔ５では、第１の画素列群１６Ａにおける第１画素列に第３の蛍光が入力し、当該第１の画素列の露光が同時に行われている。また、第２の画素列群１６Ｂにおける第２画素列及び第３画素列に第２の蛍光が入力し、当該第２の画素列及び第３画素列の露光が同時に行われている。さらに、第３の画素列群１６Ｃにおける第４画素列に第１の蛍光が入力し、当該第４画素列の露光が同時に行われている。これにより、３つの異なる波長の光を第１の画素列群１６Ａと第２の画素列群１６Ｂと第３の画素列群１６Ｃとで時間差をもって撮像することが可能となるため、波長の制限を受けずに複数の蛍光画像を取得できる。
【００７１】
また、画像取得システム２１では、撮像装置８が第３の画素列群１６Ｃ及び第３の読出回路１７Ｃを備えていない場合であっても、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａ、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂを備えていれば、３つ以上の蛍光の画像を取得することができる。この場合、第２の連続ローリング読み出しの実行中に、第３のトリガ信号に伴う第１のローリング読み出しを行い、第３のトリガ信号に伴う第１のローリング読み出しの実行中に、第１のトリガ信号に伴う第２のローリング読み出しを行えばよい。この手法によれば、光スキャナの数が３体以上となった場合でも、第１の画素列群１６Ａ及び第１の読出回路１７Ａ、第２の画素列群１６Ｂ及び第２の読出回路１７Ｂを備える撮像装置８によって、連続ローリング読み出しを繰り返し実行できる。
【００７２】
なお、コントローラ１１の全部或いは一部の機能は、クラウドサーバで実現してもよい。この場合、撮像装置８は、フレームグラバ（不図示）及びインターネットなどのネットワークを介してクラウドサーバに接続される。この場合、ユーザは、表示装置１２に表示されたウェブブラウザを介して、ローリング読み出しの読出速度といった各種パラメータを設定することができる。
【符号の説明】
【００７３】
１，２１…画像取得システム、２Ａ…第１の光源、２Ｂ…第２の光源、３Ａ…第１の光スキャナ、３Ｂ…第２の光スキャナ、８…撮像装置、１１…コントローラ（制御部）、１６Ａ…第１の画素列群、１７Ａ…第１の読出回路、１７Ｂ…第２の読出回路、１８…画素列、１９…同期部、２０…撮像制御回路（制御部）、Ｓ…試料。
【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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