(57)【要約】【課題】  試料内の異なる深さを観察する場合に、試料の深さ方向の位置情報を精度よく取得することが難しい。【解決手段】少なくとも３つの第１ピンホール、及び、少なくとも１つの第２ピンホールが形成された板状部材を備える。板状部材における少なくとも３つの第１ピンホールの位置であって、回転盤の回転軸の延伸方向における位置と、板状部材における少なくとも１つの第２ピンホールの位置であって、回転盤の回転軸の延伸方向における位置とが互いに異なる。少なくとも３つの第１ピンホールのうちの３つは、回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配される。【選択図】図１
2019200327.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のピンホールが形成された回転盤を回転させることで観察対象を走査する共焦点観察装置用の回転盤であって、
前記回転盤は、
少なくとも３つの第１ピンホール、及び、少なくとも１つの第２ピンホールが形成された板状部材、
を備え、
前記板状部材における前記少なくとも３つの第１ピンホールの位置であって、前記回転盤の回転軸の延伸方向における位置と、前記板状部材における前記少なくとも１つの第２ピンホールの位置であって、前記回転盤の回転軸の延伸方向における位置とが互いに異なり、
前記少なくとも３つの第１ピンホールのうちの３つは、前記回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配される、
回転盤。
【請求項２】
前記少なくとも３つの第１ピンホールのうちの少なくとも１つと、前記少なくとも１つの第２ピンホールのうちの少なくとも１つとが、前記回転軸の延伸方向に略垂直な平面における、前記回転軸を中心とする仮想的な円の円周上の異なる位置に配される、
請求項１に記載の回転盤。
【請求項３】
前記回転軸を中心とする仮想的な扇形の第１領域に、複数の前記第１ピンホールが配され、
前記回転軸を中心とする仮想的な扇形の第２領域に、複数の前記第２ピンホールが配され、
前記第１領域には、前記第２ピンホールが配されておらず、
前記第２領域には、前記第１ピンホールが配されておらず、
前記回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で、前記第１領域が投影された領域と、前記第２領域が投影された領域とが重畳しない、
請求項１に記載の回転盤。
【請求項４】
前記少なくとも３つの第１ピンホールのうちの少なくとも１つが、前記回転軸の延伸方向に略垂直な平面における、前記回転軸を中心とし、第１長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配され、
前記少なくとも１つの第２ピンホールのうちの少なくとも１つが、前記回転軸の延伸方向に略垂直な平面における、前記回転軸を中心とし、前記第１長さとは異なる第２長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配され、
前記第１ピンポールが配される前記仮想的な円の円周上には、前記第２ピンホールが配されておらず、
前記第２ピンポールが配される前記仮想的な円の円周上には、前記第１ピンホールが配されていない、
請求項１に記載の回転盤。
【請求項５】
請求項１から請求項４までの何れか一項の回転盤と、
前記回転盤に配された前記複数のピンホールのそれぞれと対向する位置に配された複数のマイクロレンズを有する第２回転盤と、
を備え、
前記複数のマイクロレンズのそれぞれは、当該マイクロレンズを通過した光束を、当該マイクロレンズに対応するピンポールの位置で結像させる、
回転盤ユニット。
【請求項６】
前記第２回転盤は、
前記少なくとも３つの第１ピンホールのそれぞれに対応する、少なくとも３つの第１マイクロレンズと、
前記少なくとも１つの第２ピンホールのそれぞれに対応する、少なくとも１つの第２マイクロレンズと、
前記少なくとも３つの第１マイクロレンズ、及び、前記少なくとも１つの第２マイクロレンズを保持する保持部材と、
を有し、
前記第１マイクロレンズの焦点距離と、前記第２マイクロレンズの焦点距離とが互いに異なる、
請求項５に記載の回転盤ユニット。
【請求項７】
請求項１から請求項４までの何れか一項に記載の回転盤と、
前記回転盤を回転させる回転駆動部と、
光を出射する光源と、
前記光源が出射した光を前記回転盤に導く走査光学系と、
前記回転盤により走査された光を、観察対象に投射する投射光学系と、
前記観察対象からの光のうち、前記回転盤を通過した光を分離する分離光学系と、
前記分離光学系において分離された光を結像させる結像光学系と、
を備える、共焦点観察装置。
【請求項８】
請求項５又は請求項６に記載の回転盤ユニットと、
前記回転盤ユニットを回転させる回転駆動部と、
光を出射する光源と、
前記光源が出射した光を前記回転盤ユニットの前記第２回転盤に導く走査光学系と、
前記回転盤ユニットにより走査された光を、観察対象に投射する投射光学系と、
前記観察対象からの光のうち、前記回転盤ユニットの前記回転盤を通過した光を分離する分離光学系と、
前記分離光学系において分離された光を結像させる結像光学系と、
を備える、共焦点観察装置。
【請求項９】
前記投射光学系は、
前記観察対象からの光を取得する対物レンズと、
前記対物レンズの焦点位置を調整する調整部と、
を有する、
請求項７又は請求項８に記載の共焦点観察装置。
【請求項１０】
前記回転盤と反対方向に回転するように構成された反転盤をさらに備える、
請求項７から請求項９までの何れか一項に記載の共焦点観察装置。
【請求項１１】
前記光源は、波長分布の異なる２種類の光を出射する、
請求項７から請求項１０までの何れか一項に記載の共焦点観察装置。
【請求項１２】
前記結像光学系の結像面に配される撮像部をさらに備える、
請求項７から請求項１１までの何れか一項に記載の共焦点観察装置。
【請求項１３】
前記撮像部からの出力に基づいて、前記観察対象からの光に関する焦点深さごとの画像を示す画像データを生成する画像データ生成部をさらに備える、
請求項１２に記載の共焦点観察装置。
【請求項１４】
前記共焦点観察装置の動作を制御して、前記少なくとも３つの第１ピンホール、及び、前記少なくとも１つの第２ピンホールを介して、前記観察対象に励起光を照射する工程と、
前記少なくとも３つの第１ピンホール、及び、前記少なくとも１つの第２ピンホールの何れか一方を介して、前記観察対象に刺激光を照射する工程と、
を実行する制御部をさらに備える、
請求項７から請求項１３までの何れか一項に記載の共焦点観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転盤、回転盤ユニット、及び、共焦点観察装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザによって試料上の集光点を走査し、試料からの戻り蛍光を結像させて画像を取得する共焦点顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１〜３を参照）。また、特許文献２には、実時間での立体像観察を可能にするべく、複数の微小開口が光軸方向に螺旋状に並んだ回転盤を用いることが開示されている。
［先行技術文献］
［特許文献］
［特許文献１］特開２００７−２２５９９７号公報
［特許文献２］特開２００３−３４４７７８号公報
［特許文献３］特開平５−１２７０９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
共焦点顕微鏡において、試料内の異なる深さを観察するには、対物レンズを光軸方向に上下動させて、焦点面を移動させることが考えられる。この場合、焦点の調整と、撮像とを繰り返し行う必要があり、撮像時間が長くなる。一方、特許文献２に記載の共焦点顕微鏡によれば、集光点群が試料内で水平面上に並ばず、立体的に並ぶ。そのため、試料中の特定の体積からの蛍光が撮像されることになり、試料の深さ方向の位置（深度と称される場合がある。）が明確でない。そのため、試料内の異なる深さを観察する場合に、試料の深さ方向の位置情報を精度よく取得することが難しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
本発明の１の態様においては、回転盤が提供される。上記の回転盤は、例えば、共焦点観察装置用の回転盤である。共焦点観察装置は、例えば、複数のピンホールが形成された回転盤を回転させることで観察対象を走査する。上記の回転盤は、例えば、少なくとも３つの第１ピンホール、及び、少なくとも１つの第２ピンホールが形成された板状部材を備える。上記の回転盤において、例えば、板状部材における少なくとも３つの第１ピンホールの位置であって、回転盤の回転軸の延伸方向における位置と、板状部材における少なくとも１つの第２ピンホールの位置であって、回転盤の回転軸の延伸方向における位置とが、互いに異なる。上記の回転盤において、例えば、少なくとも３つの第１ピンホールのうちの３つは、回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配される。
【０００５】
上記の回転盤において、少なくとも３つの第１ピンホールのうちの少なくとも１つと、少なくとも１つの第２ピンホールのうちの少なくとも１つとが、回転軸の延伸方向に略垂直な平面における、回転軸を中心とする仮想的な円の円周上の異なる位置に配されてよい。
【０００６】
上記の回転盤において、回転軸を中心とする仮想的な扇形の第１領域に、複数の第１ピンホールが配され、回転軸を中心とする仮想的な扇形の第２領域に、複数の第２ピンホールが配されてよい。上記の回転盤において、第１領域には、第２ピンホールが配されず、第２領域には、第１ピンホールが配されなくてよい。上記の回転盤において、回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で、第１領域が投影された領域と、第２領域が投影された領域とが重畳していなくてよい。
【０００７】
上記の回転盤において、少なくとも３つの第１ピンホールのうちの少なくとも１つが、回転軸の延伸方向に略垂直な平面における、回転軸を中心とし、第１長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配されてよい。上記の回転盤において、少なくとも１つの第２ピンホールのうちの少なくとも１つが、回転軸の延伸方向に略垂直な平面における、回転軸を中心とし、第１長さとは異なる第２長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配されてよい。上記の回転盤において、第１ピンポールが配される仮想的な円の円周上には、第２ピンホールが配されていなくてよい。上記の回転盤において、第２ピンポールが配される仮想的な円の円周上には、第１ピンホールが配されていなくてよい。
【０００８】
本発明の第２の態様においては、回転盤ユニットが提供される。上記の回転盤ユニットは、例えば、上記の第１の態様に係る回転盤を備える。上記の回転盤ユニットは、例えば、上記の回転盤に配された複数のピンホールのそれぞれと対向する位置に配された複数のマイクロレンズを有する第２回転盤を備える。上記の回転盤ユニットにおいて、複数のマイクロレンズのそれぞれは、例えば、当該マイクロレンズを通過した光束を、当該マイクロレンズに対応するピンポールの位置で結像させる。
【０００９】
上記の回転盤ユニットにおいて、第２回転盤は、少なくとも３つの第１ピンホールのそれぞれに対応する、少なくとも３つの第１マイクロレンズを有してよい。上記の回転盤ユニットにおいて、第２回転盤は、少なくとも１つの第２ピンホールのそれぞれに対応する、少なくとも１つの第２マイクロレンズを有してよい。上記の回転盤ユニットにおいて、第２回転盤は、少なくとも２つの第１マイクロレンズ、及び、少なくとも１つの第２マイクロレンズを保持する保持部材を有してよい。上記の回転盤ユニットにおいて、第１マイクロレンズの焦点距離と、第２マイクロレンズの焦点距離とが互いに異なってよい。
【００１０】
本発明の第３の態様においては、共焦点観察装置が提供される。上記の共焦点観察装置は、例えば、上記の第１の態様に係る回転盤を備える。上記共焦点観察装置は、例えば、回転盤を回転させる回転駆動部を備える。上記共焦点観察装置は、例えば、光を出射する光源を備える。上記共焦点観察装置は、例えば、光源が出射した光を回転盤に導く走査光学系を備える。上記共焦点観察装置は、例えば、回転盤により走査された光を、観察対象に投射する投射光学系を備える。上記共焦点観察装置は、例えば、観察対象からの光のうち、回転盤を通過した光を分離する分離光学系を備える。上記共焦点観察装置は、例えば、分離光学系において分離された光を結像させる結像光学系を備える。
【００１１】
本発明の第４の態様においては、共焦点観察装置が提供される。上記の共焦点観察装置は、例えば、上記の第２の態様に係る回転盤ユニットを備える。上記の共焦点観察装置は、例えば、回転盤ユニットを回転させる回転駆動部を備える。上記の共焦点観察装置は、例えば、光を出射する光源を備える。上記の共焦点観察装置は、例えば、光源が出射した光を回転盤ユニットの第２回転盤に導く走査光学系を備える。上記の共焦点観察装置は、例えば、回転盤ユニットにより走査された光を、観察対象に投射する投射光学系を備える。上記の共焦点観察装置は、例えば、観察対象からの光のうち、回転盤ユニットの回転盤を通過した光を分離する分離光学系を備える。上記の共焦点観察装置は、例えば、分離光学系において分離された光を結像させる結像光学系を備える。
【００１２】
上記の第３の態様及び第４の態様に係る共焦点観察装置において、投射光学系は、観察対象からの光を取得する対物レンズを有してよい。上記の共焦点観察装置において、投射光学系は、対物レンズの焦点位置を調整する調整部を有してよい。上記の共焦点観察装置は、回転盤と反対方向に回転するように構成された反転盤を備えてよい。上記の共焦点観察装置において、光源は、波長分布が異なる２種類の光を出射してよい。上記の共焦点観察装置は、結像光学系の結像面に配される撮像部を備えてよい。
【００１３】
上記の共焦点観察装置は、撮像部からの出力に基づいて、観察対象からの光に関する焦点深さごとの画像を示す画像データを生成する画像データ生成部を備えてよい。上記の共焦点観察装置は、共焦点観察装置の動作を制御して、少なくとも３つの第１ピンホール、及び、少なくとも１つの第２ピンホールを介して、観察対象に励起光を照射する工程と、少なくとも３つの第１ピンホール、及び、少なくとも１つの第２ピンホールの何れか一方を介して、観察対象に刺激光を照射する工程とを実行する制御部を備えてよい。
【００１４】
なお、上記の発明の概要は、本発明の必要な特徴の全てを列挙したものではない。また、これらの特徴群のサブコンビネーションもまた、発明となりうる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】生体情報収集システム１００のシステム構成の一例を概略的に示す。
【図２】撮像装置１２０の内部構成の一例を概略的に示す。
【図３】走査ユニット２４０の一例を概略的に示す。
【図４】ピンホールディスク３２０の一例を概略的に示す。
【図５】ピンホールディスク３２０の一例を概略的に示す。
【図６】マイクロレンズディスク３４０の一例を概略的に示す。
【図７】マイクロレンズディスク３４０の一例を概略的に示す。
【図８】ピンホールディスク３２０及びマイクロレンズディスク３４０の位置関係の一例を概略的に示す。
【図９】ピンホールアレイ４２２及び視野４０２の位置関係の一例を概略的に示す。
【図１０】撮像装置１２０における焦点面の経時変化の一例を概略的に示す。
【図１１】従来技術における焦点面の経時変化の一例を概略的に示す。
【図１２】ピンホールディスク１２２０の一例を概略的に示す。
【図１３】ピンホールアレイ１２２２の一例を概略的に示す。
【図１４】マイクロレンズディスク１４４０の一例を概略的に示す。
【図１５】マイクロレンズアレイ１４４２の一例を概略的に示す。
【図１６】撮像データ１６００の一例を概略的に示す。
【図１７】撮像装置１２０における焦点面の経時変化の一例を概略的に示す。
【図１８】ピンホールディスク１８２０の一例を概略的に示す。
【図１９】ピンホールディスク１９２０の一例を概略的に示す。
【図２０】ピンホールディスク３２０の構造の一例を概略的に示す。
【図２１】ピンホールディスク２１２０の構造一例を概略的に示す。
【図２２】ピンホール部材２１２２の一例を概略的に示す。
【図２３】走査ユニット２３４０の一例を概略的に示す。
【図２４】画像処理装置１４０の内部構成の一例を概略的に示す。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、発明の実施の形態を通じて本発明を説明するが、以下の実施形態は特許請求の範囲にかかる発明を限定するものではない。また、実施形態の中で説明されている特徴の組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。なお、図面において、同一または類似の部分には同一の参照番号を付して、重複する説明を省く場合がある。
【００１７】
［生体情報収集システム１００の概要］
図１は、生体情報収集システム１００のシステム構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、生体情報収集システム１００は、撮像装置１２０と、画像処理装置１４０とを備える。本実施形態において、撮像装置１２０は、共焦点顕微鏡１２２と、取付治具１２４とを有する。
【００１８】
本実施形態においては、撮像装置１２０を用いて、マウスの脳１０を観察する場合を例として、生体情報収集システム１００の詳細が説明される。本実施形態において、生体情報収集システム１００は、自由行動下におけるマウスの生体内で発生する情報を収集する。そのため、本実施形態において、撮像装置１２０の大きさ及び質量は、例えば、撮像装置１２０がマウスの頭部に装着された場合であっても、当該マウスが比較的自由に行動できるように設計される。なお、撮像装置１２０が、光ファイバケーブル、電源ケーブル、通信ケーブル、などのケーブルを介して、他の機器と接続されている場合であっても、マウスは、比較的自由に行動することができる。
【００１９】
他の機器としては、レーザ発振器、電源、演算装置などが例示される。レーザ発振器は、パルスレーザ光を出力してよい。パルスレーザ光のパルス幅は、フェムト秒であってもよく、ピコ秒であってもよく、サブナノ秒であってもよく、ナノ秒であってもよい。パルスレーザ光は、例えば、観察対象となる生体組織の刺激及び励起の少なくとも一方の用途に用いられる。
【００２０】
なお、本実施形態においては、生体情報収集システム１００が、マウスの頭蓋骨２０に形成された開口２２を通して、マウスの脳１０の内部で発生する情報を収集する場合を例として、生体情報収集システム１００の詳細が説明される。しかしながら、生体情報収集システム１００は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、生体情報収集システム１００は、マウスの頭蓋骨２０を介して、マウスの生体内で発生する情報を収集してもよい。
【００２１】
生体情報収集システム１００は、共焦点観察装置の一例であってよい。共焦点顕微鏡１２２は、共焦点観察装置の一例であってよい。脳１０は、生体組織の一例であってよい。頭蓋骨２０は、生物の外表の一例であってよい。マウスは、生物の一例であってよい。上記の生物としては、動物、植物、原生生物、真菌、細菌などが例示される。脳１０は、生体情報収集システム１００の観察対象の一例であってよい。マウスは、観察対象を有する被験体の一例であってよい。
【００２２】
一実施形態において、生体情報収集システム１００は、例えば、マウスの細胞に励起光を照射して、当該細胞から放出された蛍光の強度分布に関する情報を取得する。生体情報収集システム１００は、例えば、任意の深さの平面（焦点面と称される場合がある。）における蛍光の強度分布に関する情報を取得する。生体情報収集システム１００は、複数の深さの平面における蛍光の強度分布に関する情報を取得してもよい。これにより、生体情報収集システム１００は、マウスの細胞の三次元画像を構築することができる。生体情報収集システム１００により収集された情報を用いて、例えば、蛍光を発する細胞の移動又は転移に関する過程が、経時的に観察又は監視され得る。
【００２３】
マウスの細胞に励起光を照射すると、当該細胞は、主に内因性のフラビンにより当該細胞の活動の程度に応じた強度の蛍光を発する。そのため、細胞から放出された蛍光の強度分布に関する情報を解析することで、細胞の活動の程度に関する情報が得られる。より高い蛍光変化量を高い時間分解能で計測することを目的として、（ｉ）観察対象となる細胞が予め蛍光指示薬で染色されていてもよく、（ｉｉ）蛍光指示タンパク質を発現するよう、観察対象となる細胞に、適切な遺伝子が導入されていてもよい。
【００２４】
生体情報収集システム１００は、マウスの細胞を刺激して、当該刺激に対する応答を観察してもよい。マウスの細胞を刺激する方法は特に限定されない。刺激としては、電極を利用した電気刺激、特定の波長の光を利用した光刺激、熱刺激、磁気刺激、化学物質による刺激などが例示される。
【００２５】
生体情報収集システム１００は、１光子吸収過程を利用して、対象物質を励起してよい。生体情報収集システム１００は、２光子吸収過程又は多光子吸収過程を利用して、対象物質を励起してもよい。例えば、生体情報収集システム１００は、マウスの細胞に対して、パルスレーザ光を用いて刺激光及び励起光を照射して、当該細胞からの蛍光の強度分布に関する情報を取得する。これにより、浅部細胞は刺激されず、目的とする深部細胞のみが刺激される。生体情報収集システム１００において、多光子励起共焦点顕微鏡が利用された場合、１光子励起共焦点顕微鏡が利用された場合と比較して、生体情報収集システム１００は、より深部の細胞の応答をリアルタイムで観察することができる。なお、刺激光の波長分布と、励起光の波長分布とは、互いに相違してよい。
【００２６】
他の実施形態において、生体情報収集システム１００は、細胞への刺激光の照射を制御することにより、細胞を活性化させたり、不活性化させたりする。例えば、生体情報収集システム１００は、マウスの細胞からの蛍光の強度分布に関する情報を解析して、当該細胞の活動を制御するべく、刺激光の照射条件を決定する。刺激光の照射条件としては、刺激光の波長、強度、照射位置、照射のタイミングなどを例示することができる。生体情報収集システム１００は、決定された照射条件に基づいて、上記の細胞に向かって刺激光を出射する。これにより、細胞の活動を制御することができる。
【００２７】
本実施形態においては、観察対象がマウスの脳細胞である場合について説明する。しかしながら、観察対象は、マウスの脳細胞に限定されない。他の実施形態において、観察対象は、ヒト以外の動植物の任意の細胞であってもよく、ヒトを含む動植物の任意の細胞であってもよい。上記の細胞は、生細胞であってもよく、生細胞でなくてもよい。上記の細胞としては、神経細胞、網膜細胞、筋細胞（例えば、心筋細胞である。）、腺細胞などを例示することができる。腺細胞は、外分泌腺の細胞であってよく、甲状腺、松果腺、消化腺、皮脂腺、汗腺などの細胞を例示することができる。上記の細胞は、ホルモン、伝達物質などを放出する組織の細胞であってもよい。
【００２８】
一実施形態において、観察対象たる細胞は、予め遺伝子操作により改変されて、光感受性タンパク質を発現していてもよい。細胞種に特異的なプロモーターを利用して、神経細胞の遺伝子を改変することにより、神経細胞種ごとに異なる種類の遺伝子を発現させてもよい。なお、観察対象たる細胞が、網膜細胞のような、光感受性を有する細胞である場合、細胞の遺伝子改変を行わなくてもよい。また、蛍光計測による観察対象が、内因性の神経活動に依存した血流変化、細胞内のミトコンドリア代謝系のフラビン変化などである場合、細胞の遺伝子改変を行わなくてもよい。
【００２９】
他の実施形態において、観察対象たる細胞の周囲に、光照射により生理活性物質を放出する光感受性ケージド化合物が予め配されていてもよい。光感受性タンパク質又は光感受性ケージド化合物が利用されることにより、光の照射のＯＮ／ＯＦＦにより、任意の神経細胞の（ｉ）興奮又は（ｉｉ）興奮の抑制（興奮の抑制を、単に、抑制と称する場合がある。）が制御され得る。
【００３０】
さらに他の実施形態において、観察対象たる細胞には、染色操作又は遺伝子操作などにより、電位感受性能、イオン指示性能、ｐＨ指示性能などが予め付与されていてもよい。染色操作としては、電位感受性色素、イオン指示薬、ｐＨ指示薬などによる染色を例示することができる。遺伝子操作としては、電位感受性タンパク質、イオン指示タンパク質、ｐＨ指示タンパク質などの遺伝子を一過的に細胞内に導入、あるいは恒常的に発現するようにゲノム改変する事を例示することができる。
【００３１】
電位感受性色素としては、スチリル系色素、サイアニン系色素、オキソノル系色素、ローダミン誘導体などを例示することができる。電位感受性色素を導入された細胞に、励起光が照射されると、当該細胞の膜電位に応じた強度の光が放出される。細胞の膜電位は、細胞の活動状態に応じて変化する。そのため、細胞から放出された光の強度分布を解析することで、細胞の活動状態に関する情報が得られる。
【００３２】
本実施形態においては、観察対象又は操作対象が細胞である場合について説明する。しかしながら、観察対象又は操作対象は細胞に限定されない。他の実施形態において、観察対象又は操作対象が、各種の組織又は生体構成要素であってもよい。上記の組織又は生体構成要素としては、循環器系の血管内の血流、細胞内小器官のミトコンドリア内代謝系などを例示することができる。他の実施形態において、観察対象又は操作対象が、微生物、菌類などであってもよい。
【００３３】
［生体情報収集システム１００の各部の概要］
本実施形態において、撮像装置１２０の共焦点顕微鏡１２２は、観察対象からの光を検出する。観察対象は、脳１０の特定の領域（視野と称される場合がある。）であってよい。本実施形態において、共焦点顕微鏡１２２は、複数のピンホールが形成された回転盤を回転させることで観察対象を走査する。共焦点顕微鏡１２２は、例えば、露光時間に関する設定情報に基づいて設定された時間間隔で、視野内の各位置における光の強度を示すデータ（撮像データと称される場合がある。）を出力する。
【００３４】
一実施形態において、単一の撮像データが、複数の焦点面からの光の強度を示す情報を含む。この場合、単一の撮像データにより示される画像に含まれる第１領域と、第２領域とで、焦点面が異なる。また、単一の撮像データにより示される画像に含まれる第１領域と、第３領域とで、焦点面が略同一であってもよい。第１領域、第２領域及び第３領域のそれぞれは、同一の視野を撮像した画像の異なる領域であってよい。
【００３５】
「略同一」とは、（ｉ）同一である場合だけでなく、（ｉｉ）目的とする観察条件において目的とする画質が得られる範囲で、僅かに相違する場合をも含む。観察条件としては、倍率、励起光輝度、及び、刺激の付与に付随する活動蛍光強度の少なくとも１つが例示される。画質としては、空間分解能、被写界深度、焦点深度、像の明るさ、歪みの程度、及び、色調の少なくとも１つが例示される。略同一であるか否かの判断において、作動距離、開口数、レンズの表面品質、レンズ物性差による透過波長、光路差、光収差、屈折率、分散能などが考慮されてよい。レンズの表面品質としては、コートの有無、コートの種類などが例示される。
【００３６】
他の実施形態において、共焦点顕微鏡１２２は、焦点面の異なる複数の撮像データを、順番に出力する。この場合、順番に出力される複数の撮像データのそれぞれは、単一の焦点面からの光の強度分布を示す。一方、共焦点顕微鏡１２２が観察対象の特定の領域を連続的に観察して得られた複数の撮像データが連続的に再生されると、視野内の特定の位置における焦点面が連続的に又は段階的に変化する。焦点面の深さ方向の位置は、所定のパターンが繰り返されるように、時間的に変化してよい。上記のパターンは、連続的に単調増加する領域、連続的に単調減少する領域、段階的に単調増加する領域、及び、段階的に単調減少する領域の少なくとも１つを含んでよい。上記のパターンは、段階的に単調増加する領域、及び、段階的に単調減少する領域の少なくとも１つを含むことが好ましい。これにより、観察対象の深さ方向の位置が明確になる。
【００３７】
本実施形態において、共焦点顕微鏡１２２は、例えば、観察対象に光を照射する照明光学系と、観察対象からの光を観察する観察光学系とを備える。例えば、マウスの細胞に励起光を照射すると、当該細胞は、当該細胞の活動の程度に応じた強度の蛍光を発する。共焦点顕微鏡１２２は、照明光学系を利用して、マウスの細胞を刺激する刺激光を照射してもよい。これにより、細胞を光遺伝学的に活性化させたり、不活性化させたりすることができる。なお、共焦点顕微鏡１２２は、赤外光照射による発熱により、細胞を活性化させたり、不活性化させたりしてもよい。共焦点顕微鏡１２２の詳細は、後述される。
【００３８】
本実施形態において、取付治具１２４は、共焦点顕微鏡１２２を頭蓋骨２０に取り付けるための治具であってよい。取付治具１２４は、例えば、頭蓋骨２０に固定される。取付治具１２４は、共焦点顕微鏡１２２を保持する。取付治具１２４は、共焦点顕微鏡１２２を着脱可能に保持してもよい。取付治具１２４の詳細は、後述される。
【００３９】
本実施形態において、画像処理装置１４０は、撮像装置１２０が出力した撮像データを処理して、脳１０の表面又は内部に設定された任意の焦点面からの光の強度分布を示すデータ（画像データと称される場合がある。）を出力する。上述のとおり、撮像装置１２０は、所定の時間間隔で、撮像データを出力する。また、上述のとおり、一実施形態によれば、単一の撮像データの中に、複数の焦点面における情報が含まれており、他の実施形態によれば、焦点面の異なる複数の撮像データが順番に出力される。画像処理装置１４０は、例えば、１又は複数の撮像データから、特定の焦点面に関する情報を抽出して、当該特定の焦点面に関する画像データを出力する。画像処理装置１４０の詳細は後述される。
【００４０】
本実施形態においては、生体情報収集システム１００が単一の撮像装置１２０を有する場合について説明した。しかしながら、生体情報収集システム１００は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、生体情報収集システム１００は、複数の撮像装置１２０を有してもよい。また、本実施形態においては、共焦点顕微鏡１２２が、マウスの頭部に装着される場合について説明した。しかしながら、共焦点顕微鏡１２２の装着場所は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、共焦点顕微鏡１２２は、マウスの胴体に装着されてよい。
【００４１】
［画像処理装置１４０の具体的な構成］
画像処理装置１４０の各部は、ハードウェアにより実現されてもよく、ソフトウエアにより実現されてもよく、ハードウェア及びソフトウエアにより実現されてもよい。画像処理装置１４０の各部は、その少なくとも一部が、単一のサーバによって実現されてもよく、複数のサーバによって実現されてもよい。画像処理装置１４０の各部は、その少なくとも一部が、仮想マシン上又はクラウドシステム上で実現されてもよい。画像処理装置１４０の各部は、その少なくとも一部が、パーソナルコンピュータ又は携帯端末によって実現されてもよい。携帯端末としては、携帯電話、スマートフォン、ＰＤＡ、タブレット、ノートブック・コンピュータ又はラップトップ・コンピュータ、ウエアラブル・コンピュータなどが例示される。画像処理装置１４０の各部は、ブロックチェーンなどの分散型台帳技術又は分散型ネットワークを利用して、情報を格納してもよい。
【００４２】
画像処理装置１４０を構成する構成要素の少なくとも一部がソフトウエアにより実現される場合、当該ソフトウエアにより実現される構成要素は、一般的な構成の情報処理装置において、当該構成要素に関する動作を規定したプログラムを起動することにより実現されてよい。上記の情報処理装置は、例えば、（ｉ）ＣＰＵ、ＧＰＵなどのプロセッサ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信インタフェースなどを有するデータ処理装置と、（ｉｉ）キーボード、タッチパネル、カメラ、マイク、各種センサ、ＧＰＳ受信機などの入力装置と、（ｉｉｉ）表示装置、スピーカ、振動装置などの出力装置と、（ｉｖ）メモリ、ＨＤＤなどの記憶装置（外部記憶装置を含む。）とを備える。
【００４３】
上記の情報処理装置において、上記のデータ処理装置又は記憶装置は、プログラムを格納してよい。上記のプログラムは、非一時的なコンピュータ可読記録媒体に格納されてよい。上記のプログラムは、プロセッサによって実行されることにより、上記の情報処理装置に、当該プログラムによって規定された動作を実行させる。
【００４４】
プログラムは、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、メモリ、ハードディスクなどのコンピュータ読み取り可能な媒体に記憶されていてもよく、ネットワークに接続された記憶装置に記憶されていてもよい。プログラムは、コンピュータ読み取り可能な媒体又はネットワークに接続された記憶装置から、画像処理装置１４０の少なくとも一部を構成するコンピュータにインストールされてよい。プログラムが実行されることにより、コンピュータが、画像処理装置１４０の各部の少なくとも一部として機能してもよい。コンピュータを画像処理装置１４０の各部の少なくとも一部として機能させるプログラムは、画像処理装置１４０の各部の動作を規定したモジュールを備えてよい。
【００４５】
これらのプログラム又はモジュールは、データ処理装置、入力装置、出力装置、記憶装置等に働きかけて、コンピュータを画像処理装置１４０の各部として機能させたり、コンピュータに画像処理装置１４０の各部における情報処理方法を実行させたりする。プログラムに記述された情報処理は、当該プログラムがコンピュータに読込まれることにより、当該プログラムに関連するソフトウエアと、画像処理装置１４０の各種のハードウェア資源とが協働した具体的手段として機能する。そして、上記の具体的手段が、本実施形態におけるコンピュータの使用目的に応じた情報の演算又は加工を実現することにより、当該使用目的に応じた画像処理装置１４０が構築される。
【００４６】
図２及び図３を用いて、撮像装置１２０の詳細が説明される。図２は、撮像装置１２０の内部構成の一例を概略的に示す。図３は、走査ユニット２４０の一例を概略的に示す。上述のとおり、本実施形態において、撮像装置１２０は、共焦点顕微鏡１２２と、取付治具１２４とを備える。
【００４７】
図２に示されるとおり、本実施形態において、共焦点顕微鏡１２２は、筐体２１０を備える。共焦点顕微鏡１２２は、発光ユニット２２２と、レンズユニット２２４と、シャッタ２２６と、液晶シャッタ２２８と、発光ユニット２３２と、レンズユニット２３４とを備える。共焦点顕微鏡１２２は、走査ユニット２４０と、ロータリエンコーダ２４２と、ダイクロイックミラー２５２と、ダイクロイックミラー２５４と、レンズユニット２６２と、対物レンズ２６４と、保持部材２６６と、アクチュエータ２６８と、蛍光フィルタ２７２と、レンズユニット２７４と、撮像素子２７６とを備える。本実施形態において、取付治具１２４は、固定器具２８０と、観察窓２８２とを備える。
【００４８】
発光ユニット２２２は、光源の一例であってよい。発光ユニット２３２は、光源の一例であってよい。レンズユニット２２４は、走査光学系の一例であってよい。液晶シャッタ２２８は、走査光学系の一例であってよい。レンズユニット２３４は、走査光学系の一例であってよい。走査ユニット２４０は、回転盤ユニットの一例であってよい。ダイクロイックミラー２５２は、走査光学系の一例であってよい。ダイクロイックミラー２５４は、走査光学系及び分離光学系の一例であってよい。レンズユニット２６２は、投射光学系の一例であってよい。対物レンズ２６４は、投射光学系の一例であってよい。アクチュエータ２６８は、投射光学系及び調整部の一例であってよい。レンズユニット２７４は、結像光学系の一例であってよい。撮像素子２７６は、撮像部の一例であってよい。
【００４９】
筐体２１０は、共焦点顕微鏡１２２の各部を保持する。筐体２１０は、共焦点顕微鏡１２２の各部の少なくとも一部を、その内部に収容してよい。筐体２１０は、遮光部材により構成されることが好ましい。筐体２１０は、取付治具１２４に取り付けられる。筐体２１０は、取付治具１２４に、着脱可能に取り付けられてもよい。
【００５０】
本実施形態において、発光ユニット２２２は、刺激光を出射する。発光ユニット２２２は、１又は複数の光源を有してもよい。発光ユニット２２２は、互いに波長分布の異なる複数の光源を有してもよい。例えば、複数の光源のそれぞれは、ピーク波長が異なる。複数の光源のそれぞれは、観察対象に含まれる複数の要素のそれぞれに対応した刺激光を出射してもよい。光源としては、レーザダイオード、ＬＥＤ、有機ＥＬなどが例示される。
【００５１】
発光ユニット２２２は、出射する光の波長又は波長分布、強度、照射位置、及び、照射のタイミングの少なくとも１つを調整するためのコントローラを有してもよい。発光ユニット２２２は、外部の機器（例えば、画像処理装置１４０である。）からの命令に基づいて、出射する光の波長又は波長分布、強度、照射位置、及び、照射のタイミングの少なくとも１つを調整してもよい。
【００５２】
本実施形態において、レンズユニット２２４は、発光ユニット２２２が出射した刺激光の光路上に配され、当該刺激光を平行光に変換する。レンズユニット２２４は、１又は複数の光学部材を含んでよい。レンズユニット２２４は、コリメータであってよい。
【００５３】
本実施形態において、シャッタ２２６は、発光ユニット２２２が出射した刺激光の光路上に配され、当該刺激光の少なくとも一部を遮る。これにより、刺激光の照射範囲が制限又は制御される。シャッタ２２６は、物理的シャッタであってもよく、電子的シャッタであってもよい。シャッタ２２６の遮光機構は特に限定されない。
【００５４】
例えば、シャッタ２２６は、可動式のステージを備える。ステージには、当該ステージを貫通する開口を形成するための機構が設けられる。上記の機構は、ステージに形成される開口の大きさ及び形状の少なくとも一方を調整することができる。シャッタ２２６は、開口の位置、大きさ及び形状の少なくとも１つを調整することで、刺激光の照射範囲を制御する。シャッタ２２６は、外部の機器（例えば、画像処理装置１４０である。）からの命令に基づいて、刺激光の照射範囲を制御してよい。
【００５５】
本実施形態において、液晶シャッタ２２８は、発光ユニット２２２が出射した刺激光の光路上に配され、当該刺激光の少なくとも一部を遮る。これにより、刺激光の照射範囲が制限又は制御される。液晶シャッタ２２８は、複数の液晶セルを有する。液晶シャッタは、液晶シャッタ２２８の一の領域における刺激光の透過率が、液晶シャッタ２２８の他の領域における刺激光の透過率よりも小さくなるように、複数の液晶セルに印加される駆動電圧を制御する。これにより、刺激光の照射範囲が制御される。液晶シャッタ２２８は、外部の機器（例えば、画像処理装置１４０である。）からの命令に基づいて、刺激光の照射範囲を制御してよい。
【００５６】
本実施形態において、発光ユニット２３２は、励起光を出射する。発光ユニット２３２は、１又は複数の光源を有してもよい。発光ユニット２３２は、互いに波長分布の異なる複数の光源を有してもよい。例えば、複数の光源のそれぞれは、ピーク波長が異なる。複数の光源のそれぞれは、観察対象に含まれる複数の要素のそれぞれに対応した励起光を出射してもよい。光源としては、レーザダイオード、ＬＥＤ、有機ＥＬなどが例示される。
【００５７】
発光ユニット２３２は、出射する光の波長又は波長分布、強度、照射位置、及び、照射のタイミングの少なくとも１つを調整するためのコントローラを有してもよい。発光ユニット２３２は、外部の機器（例えば、画像処理装置１４０である。）からの命令に基づいて、出射する光の波長、強度、照射位置、及び、照射のタイミングの少なくとも１つを調整してもよい。
【００５８】
本実施形態において、レンズユニット２３４は、発光ユニット２３２が出射した励起光の光路上に配され、当該励起光を平行光に変換する。レンズユニット２３４は、１又は複数の光学部材を含んでよい。レンズユニット２３４は、コリメータであってよい。
【００５９】
本実施形態において、走査ユニット２４０は、複数のピンホールが形成された回転盤を回転させることで観察対象を走査する。走査ユニット２４０は、例えば、（ｉ）複数のピンホールが形成された回転盤と、（ｉｉ）当該回転盤に配された複数のピンホールのそれぞれと対向する位置に配された複数のマイクロレンズを有する第２回転盤とを備える。複数のピンホールが形成された回転盤は、ニポウディスク、共焦点盤などと称される場合がある。
【００６０】
本実施形態において、回転盤には、例えば数千個のピンホールが形成されており、回転盤が回転することで、数千本の光が観察対象を走査する。具体的には、ダイクロイックミラー２５２を透過した刺激光、又は、ダイクロイックミラー２５２により光軸の向きが調整された励起光は、第２回転盤に配された複数のマイクロレンズのそれぞれを通過し、さらにダイクロイックミラー２５４を通過した後、各マイクロレンズに対応するピンホールに結像する又は集光される。各ピンホールを通過した光は、レンズユニット２６２及び対物レンズ２６４を通過して、観察対象上に集光される。これにより、走査ユニット２４０が回転盤を回転させることで、観察対象上の集光点を走査することができる。
【００６１】
一方、観察対象の各集光点からの光は、刺激光又は励起光と同じ光路を通って、再び、集光時と同じピンホールに結像又は集光された後、ダイクロイックミラー２５４により光軸の向きが調整される。ダイクロイックミラー２５４により光軸の向きが調整された光は、レンズユニット２７４を通過し、撮像素子２７６の撮像面に結像する。走査ユニット２４０の詳細は後述される。
【００６２】
本実施形態において、ロータリエンコーダ２４２は、走査ユニット２４０の回転盤の回転数又は回転速度を測定する。ロータリエンコーダ２４２は、測定結果を示すデータを、例えば、画像処理装置１４０に出力する。
【００６３】
本実施形態において、ダイクロイックミラー２５２は、発光ユニット２２２が出射した刺激光を透過させる。一方、ダイクロイックミラー２５２は、発光ユニット２３２が出射した励起光を反射する。これにより、励起光の光軸の向きが調整される。これにより、発光ユニット２２２又は発光ユニット２３２が出射した光が、走査ユニット２４０の回転盤に導かれる。
【００６４】
本実施形態において、ダイクロイックミラー２５４は、発光ユニット２２２が出射した刺激光を透過させる。また、ダイクロイックミラー２５４は、発光ユニット２３２が出射した励起光を透過させる。これにより、発光ユニット２２２又は発光ユニット２３２が出射した光が、走査ユニット２４０の回転盤に導かれる。
【００６５】
一方、ダイクロイックミラー２５４は、観察対象からの光を反射する。ダイクロイックミラー２５４は、観察対象からの蛍光を反射してよい。これにより、観察対象からの光の光軸の向きが調整される。例えば、ダイクロイックミラー２５４は、観察対象からの光の光軸の向きを、レンズユニット２７４及び撮像素子２７６の方向に向ける。これにより、観察対象からの光のうち、走査ユニット２４０の回転盤を通過した光が分離される。
【００６６】
本実施形態において、レンズユニット２６２は、走査ユニット２４０の回転盤に形成された複数のピンホールのそれぞれを通過した複数の光束のそれぞれを平行光に変換する。また、レンズユニット２６２は、観察対象の各集光点からの光を、当該集光点に対応するピンホールに集光させる。レンズユニット２６２は、１又は複数の光学部材を含んでよい。
【００６７】
本実施形態において、対物レンズ２６４は、レンズユニット２６２からの平行光を、観察対象上に集光する。これにより、走査ユニット２４０の回転盤より走査された光が、観察対象に投射される。また、対物レンズ２６４は、観察対象からの光を取得する。具体的には、対物レンズ２６４は、観察対象の各集光点からの光を、レンズユニット２６２を介して、当該集光点に対応するピンホールに集光させる。
【００６８】
本実施形態において、保持部材２６６は、対物レンズ２６４を保持する。本実施形態において、アクチュエータ２６８は、保持部材２６６を移動させて、対物レンズ２６４と、観察対象との距離を調整する。これにより、対物レンズの焦点位置が調整される。アクチュエータ２６８は、外部の機器（例えば、画像処理装置１４０である。）からの命令に基づいて、対物レンズの焦点位置を調整してよい。アクチュエータ２６８は、例えば、ピンホールディスク３２０による走査中に、対物レンズを、観察対象の深さ方向に連続的又は段階的に移動させる。これにより、生体情報収集システム１００は、観察対象の立体画像を取得することができる。
【００６９】
本実施形態において、蛍光フィルタ２７２は、波長選択性を有し、観察対象からの光の光路上に配される。蛍光フィルタ２７２としては、例えば、観察対象からの蛍光の波長の透過率が、励起光又は刺激光の透過率よりも大きなフィルタが選択される。
【００７０】
本実施形態において、レンズユニット２７４は、観察対象からの光を、撮像素子２７６の撮像面に結像させる。レンズユニット２７４は、１又は複数の光学部材を含んでよい。これにより、ダイクロイックミラー２５４において分離された光が結像する。
【００７１】
本実施形態において、撮像素子２７６は、観察対象からの光を検出する。撮像素子２７６の撮像面は、レンズユニット２７４の結像面に配される。撮像素子２７６は、視野内の各位置における光の強度を示す撮像データを出力する。例えば、撮像素子２７６は、撮像データを画像処理装置１４０に出力する。
【００７２】
本実施形態において、固定器具２８０は、頭蓋骨２０に固定される。固定器具２８０は、観察窓２８２が頭蓋骨２０の開口２２の内部に位置するように、頭蓋骨２０に固定されてよい。本実施形態において、観察窓２８２は、刺激光、励起光、及び、観察対象たる脳１０からの光を透過させる。
【００７３】
なお、本実施形態においては、刺激光を出射する発光ユニット２２２と、励起光を出射する発光ユニット２３２とが、独立して配される場合を例として、共焦点顕微鏡１２２の詳細が説明された。しかしながら、共焦点顕微鏡１２２は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、共焦点顕微鏡１２２は、刺激光を出射する１又は複数の光源と、励起光を出射する１又は複数の光源とを備えた単一の発光ユニットを備えてもよい。
【００７４】
本実施形態においては、発光ユニット２２２が刺激光を出射し、発光ユニット２３２が励起光を出射する場合を例として、共焦点顕微鏡１２２の詳細が説明された。しかしながら、共焦点顕微鏡１２２は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、発光ユニット２２２が励起光を出射し、発光ユニット２３２が刺激光を出射してもよい。さらに他の実施形態において、発光ユニット２２２及び発光ユニット２３２の少なくとも一方が、励起光及び刺激光を出射してもよい。この場合、撮像装置１２０は、発光ユニット２２２及び発光ユニット２３２の何れか一方を備えてよい。
【００７５】
本実施形態においては、発光ユニット２２２から出射された光の光路上に、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８が配される場合を例として、共焦点顕微鏡１２２の詳細が説明された。これにより、液晶シャッタ２２８により十分に光を遮ることが困難な場合であっても、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８が協働して光の照射範囲を調整することで、目的に応じた十分な遮光性能が発揮され得る。
【００７６】
しかしながら、共焦点顕微鏡１２２は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、発光ユニット２２２から出射された光の光路上に、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の何れか一方が配されてもよい。また、他の実施形態において、発光ユニット２３２から出射された光の光路上に、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方が配されてよい。さらに他の実施形態において、発光ユニット２２２から出射された光の光路上と、発光ユニット２３２から出射された光の光路上とに、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方が配されてもよい。
【００７７】
図３は、走査ユニット２４０の一例を概略的に示す。図３に示されるとおり、本実施形態において、走査ユニット２４０は、ピンホールディスク３２０と、マイクロレンズディスク３４０と、シャフト３５０と、モータ３６０とを備える。
【００７８】
ピンホールディスク３２０は、回転盤の一例であってよい。ピンホールディスク３２０は、共焦点観察装置用の回転盤の一例であってよい。マイクロレンズディスク３４０は、第２回転盤及び走査光学系の一例であってよい。モータ３６０は、回転駆動部の一例であってよい。
【００７９】
本実施形態において、ピンホールディスク３２０は、複数のピンポールが形成された板状部材を備える。ピンホールディスク３２０は、ピンホールディスク３２０の回転軸３７０と、シャフト３５０の回転軸とが一致するように、シャフト３５０に取り付けられる。なお、走査ユニット２４０は、例えば、シャフト３５０の回転軸の延伸方向と、ダイクロイックミラー２５２を透過した刺激光、又は、ダイクロイックミラー２５２により光軸の向きが調整された励起光の光軸とが略平行になるように、撮像装置１２０に実装される。
【００８０】
本実施形態において、ピンホールディスク３２０の板状部材には、複数の種類のピンホールが形成される。例えば、ピンホールディスク３２０の板状部材には、少なくとも２つの第１ピンホール、及び、少なくとも１つの第２ピンホールが形成される。第１ピンホール及び第２ピンホールは、板状部材の厚さ方向の位置により区別される。本実施形態において、（ｉ）板状部材における第１ピンホールの位置であって、回転軸３７０の延伸方向における位置と、（ｉｉ）板状部材における第２ピンホールの位置であって、回転軸３７０の延伸方向における位置とが、互いに異なる。
【００８１】
これにより、第１ピンホールを通過した光の集光深さと、第２ピンホールを通過した光の集光深さとが異なる。その結果、ピンホールディスク３２０が回転する間に、撮像装置１２０は、観察対象の表面からの光、又は、観察対象の内部の複数の深さにおける位置からの光を、観察又は撮像することができる。
【００８２】
なお、板状部材には、３以上の第１ピンホールが形成されていてもよい。３以上の第１ピンホールのうちの３つが、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配されてもよい。一実施形態によれば、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、螺旋状に配された３以上の第１ピンホールからなる列が、１列以上、配置される。他の実施形態において、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、直線状又は螺旋状に配された複数の第１ピンホールからなる列が、２列以上、配置される。
【００８３】
なお、「略垂直」とは、（ｉ）回転軸３７０の延伸方向と、３つの第１ピンホールにより特定される平面とのなす角度が９０度である場合だけでなく、（ｉｉ）目的とする観察条件において目的とする画質が得られる範囲で、回転軸３７０の延伸方向と、３つの第１ピンホールにより特定される平面とのなす角度が、９０度から僅かに相違する場合をも含む。つまり、ピンホールディスク３２０の製造誤差などにより、３以上のピンホールの厚さ方向の位置が完全に同一でない場合であっても、当該３以上のピンホールのそれぞれの厚さ方向の位置が、第１ピンホールに対応する数値範囲内である場合、当該３以上のピンホールは、第１ピンホールと見做され得る。上記の数値範囲は、目的とする観察条件において目的とする画質が得られるように設定される。
【００８４】
板状部材には、４以上の第１ピンホールが形成されていてもよい。４以上の第１ピンホールのうちの４つが、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上で四角形を形成する位置に配されてもよい。一実施形態によれば、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、螺旋状に配された４以上の第１ピンホールからなる列が、１列以上、配置される。他の実施形態において、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、直線状又は螺旋状に配された複数の第１ピンホールからなる列が、２列以上、配置される。
【００８５】
なお、（ｉ）特定のピンホールの中心点と、特定の平面との距離が０である場合だけでなく、（ｉ）特定のピンホールの中心点が、目的とする観察条件において目的とする画質が得られる範囲で、特定の平面から僅かに離れている場合であっても、当該特定のピンホールは、当該平面上に位置すると判定されてよい。つまり、ピンホールディスク３２０の製造誤差などにより、４以上のピンホールの厚さ方向の位置が完全に同一でない場合であっても、当該４以上のピンホールのそれぞれの厚さ方向の位置が、第１ピンホールに対応する数値範囲内である場合、当該４以上のピンホールは、第１ピンホールと見做され得る。上記の数値範囲は、目的とする観察条件において目的とする画質が得られるように設定される。
【００８６】
同様に、板状部材には、２又は３以上の第２ピンホールが形成されていてもよい。第２ピンホールの平面配置は、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上で、第１ピンホールの投影された領域と、第２ピンホールの投影された領域とが重畳しないように設計される。複数の第２ピンホールからなる列の平面配置は、複数の第１ピンホールからなる列の平面配置と略同一であってよい。
【００８７】
一実施形態によれば、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、螺旋状に配された３以上の第２ピンホールからなる列が、１列以上、配置される。回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、螺旋状に配された４以上の第２ピンホールからなる列が、１列以上、配置されてもよい。他の実施形態において、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上に、直線状又は螺旋状に配された複数の第２ピンホールからなる列が、２列以上、配置される。
【００８８】
また、板状部材には、３種類以上のピンホールが形成されてもよい。ピンホールの種類は、例えば、ピンホールディスク３２０を構成する板状部材の厚さ方向の位置（つまり、回転軸３７０の延伸方向の位置である。）によって区別される。複数のピンホールのそれぞれの平面配置は、例えば、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面上で、各ピンホールの投影された領域と、他のピンホールの投影された領域とが重畳しないように設計される。ピンホールディスク３２０の詳細は後述される。
【００８９】
本実施形態において、マイクロレンズディスク３４０は、複数のマイクロレンズが配された板状部材を備える。マイクロレンズディスク３４０は、マイクロレンズディスク３４０の回転軸と、シャフト３５０の回転軸とが一致するように、シャフト３５０に取り付けられる。
【００９０】
マイクロレンズディスク３４０の複数のマイクロレンズのそれぞれは、ピンホールディスク３２０の複数のピンホールのそれぞれに対応する。各マイクロレンズは、対応するピンホールの位置に、刺激光又は励起光を結像させる。ここで、回転軸３７０の延伸方向における「ピンホールの位置」は、板状部材に形成された貫通孔を、回転軸３７０の延伸方向に略垂直な平面で切断した場合における断面積が、最小となる位置又は領域であってよい。
【００９１】
マイクロレンズディスク３４０における複数のマイクロレンズの平面配置は、ピンホールディスク３２０における複数のピンホールの平面配置と略同一であってよい。マイクロレンズディスク３４０は、各マイクロレンズが、対応するピンホールと対向する位置に配されるように、シャフト３５０に取り付けられてよい。
【００９２】
マイクロレンズディスク３４０は、第１ピンホールに対応する第１マイクロレンズと、第２ピンホールに対応する第２マイクロレンズとを備えてよい。マイクロレンズディスク３４０は、例えば、少なくとも２つの第１マイクロレンズ、及び、少なくとも１つの第２マイクロレンズを備える。
【００９３】
マイクロレンズディスク３４０は、３以上の第１マイクロレンズを備えてもよい。３以上の第１マイクロレンズのうちの３つが、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配されてもよい。一実施形態によれば、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上に、螺旋状に配された３以上の第１マイクロレンズからなる列が、１列以上、配置される。他の実施形態において、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上に、直線状又は螺旋状に配された複数の第１マイクロレンズからなる列が、２列以上、配置される。
【００９４】
マイクロレンズディスク３４０は、４以上の第１マイクロレンズを備えてもよい。４以上の第１マイクロレンズのうちの４つが、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で四角形を形成する位置に配されてもよい。一実施形態によれば、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上に、螺旋状に配された４以上の第１マイクロレンズからなる列が、１列以上、配置される。他の実施形態において、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上に、直線状又は螺旋状に配された複数の第１マイクロレンズからなる列が、２列以上、配置される。
【００９５】
同様に、マイクロレンズディスク３４０は、２又は３以上の第２マイクロレンズを備えてよい。第２マイクロレンズの平面配置は、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で、第１マイクロレンズの投影された領域と、第２マイクロレンズの投影された領域とが重畳しないように設計される。複数の第２マイクロレンズからなる列の平面配置は、複数の第１マイクロレンズからなる列の平面配置と略同一であってよい。
【００９６】
また、マイクロレンズディスク３４０は、３種類以上のマイクロレンズを備えてもよい。マイクロレンズの種類は、例えば、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に垂直な平面の１つと、各マイクロレンズの焦点との距離によって区別される。上記の平面は、マイクロレンズディスク３４０の表面又は内部を通過する面であってよい。上記の平面としては、（ｉ）マイクロレンズディスク３４０の表面であって、ピンホールディスク３２０に対向する側の面、又は、（ｉｉ）マイクロレンズディスク３４０の表面であって、ピンホールディスク３２０に対向する側の面の反対側の面が例示される。複数のマイクロレンズのそれぞれの平面配置は、例えば、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向に略垂直な平面上で、各マイクロレンズの投影された領域と、他のマイクロレンズの投影された領域とが重畳しないように設計される。マイクロレンズディスク３４０の詳細は後述される。
【００９７】
本実施形態において、シャフト３５０には、ピンホールディスク３２０と、マイクロレンズディスク３４０とが取り付けられる。本実施形態において、モータ３６０は、シャフト３５０を回転させる。これにより、ピンホールディスク３２０及びマイクロレンズディスク３４０が回転する。モータ３６０は、外部の機器（例えば、画像処理装置１４０である。）からの命令に基づいて、ピンホールディスク３２０及びマイクロレンズディスク３４０の回転を制御してもよい。
【００９８】
［走査ユニット２４０の具体例１］
図４、図５、図６、図７、図８、図９、図１０及び図１１を用いて、走査ユニット２４０の一実施形態の詳細が説明される。本実施形態においては、１回の露光期間により得られる単一の撮像データは、単一の焦点面からの光の強度分布を示す。本実施形態においては、ピンホールディスク３２０が１回転する間に、焦点面の位置が変動する。そのため、異なる期間に撮像された複数の撮像データが、異なる焦点面からの光の強度分布を示す場合がある。本実施形態において、焦点面の位置は、ピンホールディスク３２０が１回転する間に、段階的に変動する。
【００９９】
ピンホールディスクが１回転する間に焦点面の位置が変動しない場合において、観察対象の複数の深度における生体情報を取得するとき、観察対象の深さ方向に関する対物レンズの調整と、撮像とが、複数回繰り返される。そのため、生体情報の取得に要する時間が長くなる。また、深度ごとの撮像間隔が長くなり、ほぼリアルタイムで、複数の深度における生体情報を取得することができない。
【０１００】
特開２００３−３４４７７８号公報に記載されているように、ピンホールディスクが１回転する間に焦点面の位置が連続的に変化する場合、ピンホールディスクが１回転する間に、特定の深度における生体情報が取得される領域の面積が、極めて小さい。そのため、観察対象の比較的広い領域において、特定の深度における生体情報を取得する場合、対物レンズの略水平方向の移動と、撮像とが、多数回繰り返される。そのため、視野内の特定の深度における生体情報を、ほぼリアルタイムで取得することが難しい。
【０１０１】
また、特開２００３−３４４７７８号公報に記載されているように、ピンホールディスクが１回転する間に焦点面の位置が連続的に変化する場合において、当該ピンホールディスクが１回転することでイメージングすることのできる深度以上にわたって生体情報を取得するとき、観察対象の深さ方向に関する対物レンズの調整と、撮像とが、複数回繰り返される。そのため、生体情報の取得に要する時間が長くなる。また、対物レンズを観察対象の深さ方向に移動させてピントを調整するときに、対物レンズの移動する距離が比較的長い。例えば、ピンホールディスクが１回転したときに、観察対象が５００μｍの深さに渡ってイメージングされる場合において、当該ピンホールディスクを装着された共焦点顕微鏡が、観察対象を１５００μｍの深さに渡ってイメージングして、当該観察対象の立体画像を取得するとき、対物レンズの移動距離は、往復で２０００μｍになる。
【０１０２】
これに対して、ピンホールディスク３２０が１回転する間に焦点面の位置が段階的に変化する場合、極めて短期間の間に、複数の焦点面の画像が取得される。そのため、本実施形態によれば、視野内の複数の深度における生体情報が、ほぼリアルタイムで取得され得る。また、ピンホールディスク３２０による走査中に、対物レンズを観察対象の深さ方向に移動させて立体画像を構築する場合であっても、ピンホールディスクが１回転する間に焦点面の位置が連続的に変化する態様と比較して、対物レンズの移動距離が短縮され得る。例えば、ピンホールディスク３２０が１回転する間に、焦点面の位置が３段階に変化する場合において、当該ピンホールディスクを装着された共焦点顕微鏡が、観察対象を１５００μｍの深さに渡ってイメージングして、当該観察対象の立体画像を取得するとき、対物レンズの移動距離は、往復で１０００μｍになる。
【０１０３】
また、ピンホールディスク３２０が１回転する間に焦点面の位置が段階的に変化する場合、観察対象の第１深度に局在する細胞からの蛍光を観察しながら、第２深度に局在する細胞に刺激光又は励起光を照射することもできる。例えば、ピンホールディスク３２０が、厚さ方向の位置が異なる３種類のピンホール（第１ピンホール、第２ピンホール及び第３ピンホール）を備える場合を考える。この場合、ピンホールディスク３２０の板状部材には、複数の第１ピンホールと、複数の第１ピンホールと、複数の第１ピンホールとが形成されており、ピンホールディスク３２０が１回転する間に、焦点面の位置が３段階に変化する。
【０１０４】
例えば、撮像装置１２０は、１スキャン目において、ピンホールディスク３２０が１回転するたびに、第１ピンホールを介して大脳皮質の第２層（外顆粒層）及び第３層（外錐体細胞層）を走査し、第２ピンホールを介して大脳皮質の第４層（内顆粒層）を走査し、第３ピンホールを介して大脳皮質の第５層（内錐体細胞層）及び第６層（多形細胞層）を走査する。次に、撮像装置１２０は、２スキャン目において、ピンホールディスク３２０が１回転するたびに、撮像装置１２０は、第１ピンホールを介して大脳皮質の第２層（外顆粒層）及び第３層（外錐体細胞層）を走査し、第２ピンホールを介して大脳皮質の第４層（内顆粒層）に刺激光を照射し、第３ピンホールを介して大脳皮質の第５層（内錐体細胞層）及び第６層（多形細胞層）を走査する。その後、撮像装置１２０は、３スキャン目において、ピンホールディスク３２０が１回転するたびに、撮像装置１２０は、第１ピンホールを介して大脳皮質の第２層（外顆粒層）及び第３層（外錐体細胞層）を走査し、第２ピンホールを介して大脳皮質の第４層（内顆粒層）を走査し、第３ピンホールを介して大脳皮質の第５層（内錐体細胞層）及び第６層（多形細胞層）を走査する。
【０１０５】
これにより、例えば、（ａ）特定の深度に存在する層（特定層と称される場合がある。上記の例の場合、第４層である。）に局在する細胞群にのみ光刺激を与えつつ、（ｂ）（ｉ）当該特定層に存在する細胞群、及び、（ｉｉ）当該特定層の近傍に存在する層（近傍層と称される場合がある。上記の例の場合、第２層、第３層、第４層及び第５層である。）に局在する細胞群における当該光刺激の作用効果を、ほぼリアルタイムで検証することが可能になる。例えば、大脳皮質の第４層の細胞に光刺激が与えられた場合における、第４層の細胞における神経活動の変化と、第２層及び第３層並びに第５層及び第６層への活動伝播過程とが、同時に検証され得る。
【０１０６】
なお、特開２００３−３４４７７８号公報に記載されているように、ピンホールディスクが１回転する間に焦点面の位置が連続的に変化する場合、複数のピンホールが螺旋状に配置されているので、各ピンホールに対応する観察対象の深度が全て異なる。そのため、特定の深度層に位置する細胞群への光刺激を与えるために要する時空間制御が困難となる。また、ガルバノスキャナ又はレゾナントスキャナを用いて点スキャンを実施する二光子顕微鏡は比較的タイムラグが大きいので、生体情報収集システム１００のように、特定層に存在する細胞群に光刺激を与えつつ、近傍層に存在する細胞群に関する生体情報を取得することができない。
【０１０７】
図４及び図５を用いて、ピンホールディスク３２０の詳細が説明される。図４は、ピンホールディスク３２０の一例を概略的に示す。図５は、ピンホールディスク３２０の一例を概略的に示す。図５は、図４におけるＡ−Ａ'断面を示す断面図であってよい。
【０１０８】
図４に示されるとおり、本実施形態において、ピンホールディスク３２０は、板状のディスク本体４１０を備える。本実施形態において、ディスク本体４１０の外縁の一部には、ノッチ４１２が配される。ロータリエンコーダ２４２は、例えば、ノッチ４１２の有無を検出することにより、ピンホールディスク３２０の回転角又は回転速度を検出する。
【０１０９】
本実施形態において、ディスク本体４１０には、ピンホールアレイ４２２、ピンホールアレイ４２４及びピンホールアレイ４２６が形成される。本実施形態において、ピンホールアレイ４２２は、複数のピンホール５２２により構成される。本実施形態において、ピンホールアレイ４２４は、複数のピンホール５２４により構成される。本実施形態において、ピンホールアレイ４２６は、複数のピンホール５２６により構成される。
【０１１０】
各ピンホールアレイにおける複数のピンホールは、ピンホールディスク３２０が回転した場合に視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。各ピンホールアレイにおける複数のピンホールの平面配置の方式は、特に限定されない。複数のピンホールの平面配置の方式としては、等角螺旋配置、等ピッチ螺旋配置、正方配置などが例示される。例えば、複数のピンホールの平面配置として、特開２００７−２２５９９７号公報、特開２００３−３４４７７８号公報、又は、特開平５−１２７０９０号公報に開示された平面配置が採用され得る。また、（ｉ）ピンホールの口径、径方向のピッチ、周方向のピッチ、（ｉｉ）ピンホールアレイのパターン又は軌跡の位置、形状及び大きさ、並びに、（ｉｉｉ）ピンホールアレイの個数などに関する設計手法は、特に限定されない。各ピンホール及び各ピンホールアレイは、例えば、特開平５−１２７０９０号公報に開示された手法を用いて設計され得る。
【０１１１】
図５に示されるとおり、本実施形態において、ピンホール５２２は、ディスク本体４１０を回転軸３７０の延伸方向に貫通する貫通孔５０２の内部に形成される。同様に、ピンホール５２４は、ディスク本体４１０を回転軸３７０の延伸方向に貫通する貫通孔５０４の内部に形成される。ピンホール５２６は、ディスク本体４１０を回転軸３７０の延伸方向に貫通する貫通孔５０６の内部に形成される。ピンホール５２２、ピンホール５２４及びピンホール５２６は、回転軸３７０の延伸方向（軸方向と称する場合がある。）における位置が互いに異なる。各貫通孔には、光学部材が配されていてもよく、光学部材が配されていなくてもよい。各ピンホールには、光学部材が配されていてもよく、光学部材が配されていなくてもよい。
【０１１２】
なお、本実施形態においては、ディスク本体４１０にノッチ４１２が形成されている場合を例として、ピンホールディスク３２０の詳細が説明された。しかしながら、ピンホールディスク３２０は本実施形態に限定されない。他の実施形態において、ノッチ４１２の代わりに、又は、ノッチ４１２とともに、ロータリエンコーダ２４２がピンホールディスク３２０の回転角又は回転速度を検出するための部材が配されてよい。上記の部材としては、反射部材、バーコード、磁性材料などが例示される。
【０１１３】
図６、図７及び図８を用いて、マイクロレンズディスク３４０の詳細が説明される。図６は、マイクロレンズディスク３４０の一例を概略的に示す。図７は、マイクロレンズディスク３４０の一例を概略的に示す。図７は、図６におけるＢ−Ｂ'断面を示す断面図であってよい。図８は、ピンホールディスク３２０及びマイクロレンズディスク３４０の位置関係の一例を概略的に示す。
【０１１４】
図６に示されるとおり、本実施形態において、マイクロレンズディスク３４０は、板状のディスク本体６１０を備える。なお、ピンホールディスク３２０と同様に、ディスク本体６１０の外縁の一部にノッチなどが配されてもよい。
【０１１５】
本実施形態において、ディスク本体６１０には、マイクロレンズアレイ６４２、マイクロレンズアレイ６４４及びマイクロレンズアレイ６４６が形成される。本実施形態において、マイクロレンズアレイ６４２は、複数のマイクロレンズ７４２により構成される。本実施形態において、マイクロレンズアレイ６４４は、複数のマイクロレンズ７４４により構成される。本実施形態において、マイクロレンズアレイ６４６は、複数のマイクロレンズ７４６により構成される。
【０１１６】
上述されたように、複数のマイクロレンズ７４２のそれぞれは、複数のピンホール５２２の何れか１つと対応する。複数のマイクロレンズ７４４のそれぞれは、複数のピンホール５２４の何れか１つと対応する。複数のマイクロレンズ７４６のそれぞれは、複数のピンホール５２６の何れか１つと対応する。
【０１１７】
図７及び図８に示されるとおり、マイクロレンズ７４２は、マイクロレンズ７４２を通過した光束が、対応するピンホール５２２の位置で結像するように設計される。マイクロレンズ７４４は、マイクロレンズ７４４を通過した光束が、対応するピンホール５２４の位置で結像するように設計される。マイクロレンズ７４６は、マイクロレンズ７４６を通過した光束が、対応するピンホール５２６の位置で結像するように設計される。本実施形態において、マイクロレンズ７４２の焦点距離と、マイクロレンズ７４４の焦点距離と、マイクロレンズ７４６の焦点距離とが、互いに異なる。
【０１１８】
本実施形態において、マイクロレンズ７４２の平面配置は、ピンホール５２２の平面配置と同一であってよい。マイクロレンズ７４４の平面配置は、ピンホール５２４の平面配置と同一であってよい。マイクロレンズ７４６の平面配置は、ピンホール５２６の平面配置と同一であってよい。
【０１１９】
本実施形態においては、マイクロレンズ７４２、マイクロレンズ７４４及びマイクロレンズ７４６の焦点距離が互いに異なり、その結果、マイクロレンズ７４２を通過した光束が、対応するピンホール５２２の位置で結像し、マイクロレンズ７４４を通過した光束が、対応するピンホール５２４の位置で結像し、マイクロレンズ７４６を通過した光束が、対応するピンホール５２６の位置で結像する場合を例として、マイクロレンズディスク３４０の詳細が説明された。しかしながら、マイクロレンズディスク３４０は本実施形態に限定されない。
【０１２０】
他の実施形態において、マイクロレンズ７４２、マイクロレンズ７４４及びマイクロレンズ７４６の焦点距離は、略同一であってもよい。この場合、マイクロレンズ７４２、マイクロレンズ７４４及びマイクロレンズ７４６は、マイクロレンズディスク３４０の回転軸の延伸方向における位置が互いに異なる。これにより、マイクロレンズ７４２を通過した光束が、対応するピンホール５２２の位置で結像し、マイクロレンズ７４４を通過した光束が、対応するピンホール５２４の位置で結像し、マイクロレンズ７４６を通過した光束が、対応するピンホール５２６の位置で結像する。
【０１２１】
図９、図１０及び図１１を用いて、撮像装置１２０が撮像する画像の詳細が説明される。図９は、ピンホールアレイ４２２及び視野４０２の位置関係の一例を概略的に示す。図１０は、撮像装置１２０における焦点面の経時変化の一例を概略的に示す。図１１は、従来技術における焦点面の経時変化の一例を概略的に示す。
【０１２２】
図９に示されるとおり、本実施形態において、ピンホールアレイ４２２を構成する複数のピンホール５２２は、ピンホールディスク３２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。同様に、ピンホールアレイ４２６を構成する複数のピンホール５２６は、ピンホールディスク３２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。なお、図９には図示されていないが、ピンホールアレイ４２４を構成する複数のピンホール５２４も、ピンホールディスク３２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。
【０１２３】
本実施形態によれば、少なくとも１つのピンホール５２２と、少なくとも１つの５２６とが、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とする仮想的な円の円周上の異なる位置に配される。同様に、少なくとも１つのピンホール５２２と、少なくとも１つの５２４とが、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とする仮想的な円の円周上の異なる位置に配される。これにより、１回の露光期間により得られる単一の撮像データは、単一の焦点面からの光の強度分布を示す。一方、ピンホールディスク３２０が１回転する間に、焦点面の位置が変動する。
【０１２４】
図１０は、ピンホールディスク３２０が１回転する間における、焦点面の位置の変動を示す。図１０に示されるとおり、本実施形態によれば、ピンホールディスク３２０が１回転する間に焦点面の位置が段階的に変化する。
【０１２５】
図１０の例によれば、時刻ｔ０からｔ１の期間にかけて、ピンホールアレイ４２２が視野４０２を通過する。この間、ピンホールアレイ４２２を通過した光は、観察対象たる試料の表面からの距離がＬ１の位置に集光される。時刻ｔ１からｔ２の期間にかけて、ピンホールアレイ４２４が視野４０２を通過する。この間、ピンホールアレイ４２４を通過した光は、試料の表面からの距離がＬ２の位置に集光される。また、時刻ｔ２からｔ３の期間にかけて、ピンホールアレイ４２６が視野４０２を通過する。この間、ピンホールアレイ４２６を通過した光は、試料の表面からの距離がＬ３の位置に集光される。
【０１２６】
本実施形態において、ピンホールディスク３２０は、２つのピンホールアレイ４２２と、２つのピンホールアレイ４２４と、２つのピンホールアレイ４２６とを備える。そのため、時刻ｔ３からｔ４の期間にかけて、ピンホールアレイ４２２が視野４０２を通過する。この間、ピンホールアレイ４２２を通過した光は、観察対象たる試料の表面からの距離がＬ１の位置に集光される。時刻ｔ４からｔ５の期間にかけて、ピンホールアレイ４２４が視野４０２を通過する。この間、ピンホールアレイ４２４を通過した光は、試料の表面からの距離がＬ２の位置に集光される。また、時刻ｔ５からｔ６の期間にかけて、ピンホールアレイ４２６が視野４０２を通過する。この間、ピンホールアレイ４２６を通過した光は、試料の表面からの距離がＬ３の位置に集光される。
【０１２７】
なお、（ｉ）ピンホールの口径、径方向のピッチ、周方向のピッチ、（ｉｉ）ピンホールアレイのパターン又は軌跡の位置、形状及び大きさ、並びに、（ｉｉｉ）ピンホールアレイの個数は、撮像装置１２０の動作に関する特定の条件において、ピンホールディスク３２０が１回転する間における焦点面の位置変動が、目的とするパターンとなるように、決定されてよい。なお、上撮像装置１２０の動作に関する特定の条件は、目的とする観察条件において目的とする画質が得られるように設定されてよい。
【０１２８】
一方、図１１は、特開２００３−３４４７７８号公報に開示された回転盤が１回転する間における、焦点面の位置の変動を示す。特開２００３−３４４７７８号公報に開示された回転盤においては、複数の微小開口が光軸方向に螺旋状に並んでいる。そのため、特開２００３−３４４７７８号公報に開示された回転盤が１回転する間、焦点面の位置が連続的に変化する。この場合、同一の視野の中に焦点面が同一の領域が存在せず、特定の焦点面の画像であって、高解像度の画像を取得することができない。
【０１２９】
なお、本実施形態においては、ピンホールアレイ４２２が、螺旋形状に配された複数のピンホール５２２により構成され、ピンホールアレイ４２４が、螺旋形状に配された複数のピンホール５２４により構成され、ピンホールアレイ４２６が、螺旋形状に配された複数のピンホール５２６により構成される場合を例として、ピンホールディスク３２０の詳細が説明された。しかしながら、ピンホールディスク３２０は、本実施形態に限定されない。
【０１３０】
他の実施形態において、回転軸３７０を中心とする仮想的な扇形の第１領域に、複数のピンホール５２２が配され、回転軸３７０を中心とする仮想的な扇形の第２領域に、複数のピンホール５２４が配され、回転軸３７０を中心とする仮想的な扇形の３領域に、複数のピンホール５２６が配される。第１領域において、複数のピンホール５２２は、ピンホールディスク３２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。第２領域において、複数のピンホール５２４は、ピンホールディスク３２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。第３領域において、複数のピンホール５２６は、ピンホールディスク３２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。
【０１３１】
この場合において、第１領域には、ピンホール５２４及びピンホール５２６が配されない。第２領域には、ピンホール５２２及びピンホール５２６が配されない。第３領域には、ピンホール５２２及びピンホール５２４が配されない。また、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面上で、第１領域が投影された領域と、第２領域が投影された領域と、第３領域が投影された領域とが重畳しない。これにより、図４及び図５に関連して説明されたピンホールディスク３２０と同様の効果が得られる。
【０１３２】
［走査ユニット２４０の具体例２］
図１２、図１３、図１４、図１５、図１６及び図１７を用いて、走査ユニット２４０の他の実施形態の詳細が説明される。本実施形態においては、１回の露光期間により得られる単一の撮像データの中に、複数の焦点面からの光の強度を示す情報が含まれる。本実施形態によれば、同一の視野に含まれる一の領域と、他の領域とで、焦点面の位置が異なる場合がある。本実施形態においては、同一の視野の特定の領域における焦点面は、ピンホールディスク３２０が回転しても変動しないことが好ましい。
【０１３３】
図１２及び図１３を用いて、ピンホールディスク１２２０の詳細が説明される。図１２は、ピンホールディスク１２２０の一例を概略的に示す。図１３は、ピンホールアレイ１２２２の一例を概略的に示す。
【０１３４】
図１２に示されるとおり、本実施形態において、ピンホールディスク１２２０のディスク本体４１０には、複数のピンホールアレイ１２２２が形成される。また、図１３に示されるとおり、本実施形態において、複数のピンホールアレイ１２２２のそれぞれは、複数のピンホール５２２と、複数のピンホール５２４と、複数のピンホール５２６とにより構成される。また、各ピンホールアレイにおける複数のピンホールは、ピンホールディスク１２２０が回転した場合に視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。
【０１３５】
図１３に示されるとおり、ピンホールディスク１２２０に形成された複数のピンホール５２２のうちの３つは、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配される。また、ピンホールディスク１２２０に形成された複数のピンホール５２２のうちの４つは、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面上で四角形を形成する位置に配される。
【０１３６】
本実施形態において、少なくとも１つのピンホール５２２が、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とし第１長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配される。少なくとも１つのピンホール５２４が、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とし第２長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配される。また、少なくとも１つのピンホール５２６が、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とし第３長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配される。第１長さと、第２長さと、第３長さとは、互いに異なる値であってよい。
【０１３７】
本実施形態において、ピンホール５２２が配される仮想的な円の円周上には、ピンホール５２４及びピンホール５２６が配されていない。同様に、ピンホール５２４が配される仮想的な円の円周上には、ピンホール５２２及びピンホール５２６が配されていない。また、ピンホール５２６が配される仮想的な円の円周上には、ピンホール５２２及びピンホール５２４が配されていない。
【０１３８】
図１４及び図１５を用いて、マイクロレンズディスク１４４０の詳細が説明される。図１４は、マイクロレンズディスク１４４０の一例を概略的に示す。図１５は、マイクロレンズアレイ１４４２の一例を概略的に示す。マイクロレンズディスク１４４０は、ピンホールディスク１２２０とともに用いられるマイクロレンズディスクの一例であってよい。
【０１３９】
図１４に示されるとおり、本実施形態において、マイクロレンズディスク１４４０のディスク本体６１０には、複数のマイクロレンズアレイ１４４２が形成される。また、図１３に示されるとおり、本実施形態において、複数のマイクロレンズアレイ１４４２のそれぞれは、複数のマイクロレンズ７４２と、複数のマイクロレンズ７４４と、複数のマイクロレンズ７４６とにより構成される。また、マイクロレンズディスク１４４０の複数のマイクロレンズは、ピンホールディスク１２２０の複数のピンホールの何れか１つに対応する。
【０１４０】
図１５に示されるとおり、マイクロレンズディスク１４４０に形成された複数のマイクロレンズ７４２のうちの３つは、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面上で三角形を形成する位置に配される。また、マイクロレンズディスク１４４０に形成された複数のマイクロレンズ７４２のうちの４つは、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面上で四角形を形成する位置に配される。
【０１４１】
本実施形態において、少なくとも１つのマイクロレンズ７４２が、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とし第１長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配される。少なくとも１つのマイクロレンズ７４４が、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とし第２長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配される。また、少なくとも１つのマイクロレンズ７４６が、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面における、回転軸３７０を中心とし第３長さの直径を有する仮想的な円の円周上に配される。第１長さと、第２長さと、第３長さとは、互いに異なる値であってよい。
【０１４２】
本実施形態において、マイクロレンズ７４２が配される仮想的な円の円周上には、マイクロレンズ７４４及びマイクロレンズ７４６が配されていない。同様に、マイクロレンズ７４４が配される仮想的な円の円周上には、マイクロレンズ７４２及びマイクロレンズ７４６が配されていない。また、マイクロレンズ７４６が配される仮想的な円の円周上には、マイクロレンズ７４２及びマイクロレンズ７４４が配されていない。
【０１４３】
図１６及び図１７を用いて、撮像装置１２０が撮像する画像の詳細が説明される。図１６は、撮像データ１６００の一例を概略的に示す。図１７は、撮像装置１２０における焦点面の経時変化の一例を概略的に示す。
【０１４４】
図１６に示されるとおり、単一の露光期間に得られた撮像データ１６００は、ピンホール５２２を介して検出される光の強度に関する情報１６１２と、ピンホール５２４を介して検出される光の強度に関する情報１６１４と、ピンホール５２６を介して検出される光の強度に関する情報１６１６とを含む。例えば、撮像データ１６００から、情報１６１２を抽出することで、画像データ１６２２が生成される。同様に、撮像データ１６００から、情報１６１４を抽出することで、画像データ１６２４が生成される。撮像データ１６００から、情報１６１６を抽出することで、画像データ１６２６が生成される。
【０１４５】
図１７は、ピンホールディスク１２２０が１回転する間における、焦点面の位置の変動を示す。図１７に示されるとおり、本実施形態によれば、ピンホールディスク１２２０が１回転する間において、複数の焦点面のそれぞれの位置は変動しない。
【０１４６】
［ピンホール及びマイクロレンズの平面配置の他の具体例］
図１８は、ピンホールディスク１８２０の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、ピンホールディスク１８２０のディスク本体４１０に、回転軸３７０を中心とする仮想的な扇形の領域１８２２、領域１８２４及び領域１８２６が設定される。また、回転軸３７０の軸方向に略垂直な平面上で、領域１８２２が投影された領域と、領域１８２４が投影された領域と、領域１８２６が投影された領域とが重畳しない。本実施形態によれば、ピンホールディスク３２０と同様の効果が得られる。
【０１４７】
領域１８２２には、複数のピンホール５２２が配される。領域１８２２において、複数のピンホール５２２は、ピンホールディスク１８２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。領域１８２２には、ピンホール５２４及びピンホール５２６が配されない。
【０１４８】
領域１８２４には、複数のピンホール５２４が配される。領域１８２４において、複数のピンホール５２４は、ピンホールディスク１８２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。領域１８２４には、ピンホール５２２及びピンホール５２６が配されない。
【０１４９】
領域１８２６には、複数のピンホール５２６が配される。領域１８２６において、複数のピンホール５２６は、ピンホールディスク１８２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部が隙間なく走査されるように配置される。領域１８２６には、ピンホール５２２及びピンホール５２４が配されない。
【０１５０】
図１９は、ピンホールディスク１９２０の一例を概略的に示す。本実施形態によれば、ピンホールディスク１９２０のディスク本体４１０に、領域１９２２、領域１９２４及び領域１９２６が設定される。領域１９２２は、回転軸３７０を中心とし第１範囲の直径を有する仮想的な円の集合により形成される。領域１９２４は、回転軸３７０を中心とし第２範囲の直径を有する仮想的な円の集合により形成される。領域１９２６は、回転軸３７０を中心とし第３範囲の直径を有する仮想的な円の集合により形成される。第１範囲、第２範囲及び第３範囲は、互いに重畳しない。本実施形態によれば、ピンホールディスク１２２０と同様の効果が得られる。
【０１５１】
領域１９２２には、複数のピンホール５２２が配される。領域１９２２において、複数のピンホール５２２は、ピンホールディスク１９２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部の領域１９２２に対応する領域が隙間なく走査されるように配置される。領域１９２２には、ピンホール５２４及びピンホール５２６が配されない。
【０１５２】
領域１９２４には、複数のピンホール５２４が配される。領域１９２４において、複数のピンホール５２４は、ピンホールディスク１９２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部の領域１９２４に対応する領域が隙間なく走査されるように配置される。領域１９２４には、ピンホール５２２及びピンホール５２６が配されない。
【０１５３】
領域１９２６には、複数のピンホール５２６が配される。領域１９２２において、複数のピンホール５２６は、ピンホールディスク１９２０が回転軸３７０を中心に回転した場合に、視野４０２の内部の領域１９２６に対応する領域が隙間なく走査されるように配置される。領域１９２６には、ピンホール５２２及びピンホール５２４が配されない。
【０１５４】
［ピンホールディスクの構造の具体例１］
図２０は、ピンホールディスク３２０の構造の一例を概略的に示す。本実施形態において、ピンホールディスク３２０は、板状部材２０１０と、板状部材２０２０と、板状部材２０３０と、板状部材２０４０と、板状部材２０５０とを備える。
【０１５５】
ピンホールディスク３２０は、板状部材２０１０、板状部材２０２０、板状部材２０３０、板状部材２０４０及び板状部材２０５０が、各部材の回転軸が一致するように結合されることで作製される。板状部材２０１０、板状部材２０２０、板状部材２０３０、板状部材２０４０及び板状部材２０５０は、略同一の平面形状を有してよい。
【０１５６】
本実施形態において、板状部材２０１０には、貫通孔５０２に対応する貫通孔２０１２と、貫通孔５０４に対応する貫通孔２０１４と、貫通孔５０６に対応する貫通孔２０１６とが形成されている。本実施形態において、板状部材２０２０には、ピンホール５２２に対応する貫通孔２０２２と、貫通孔５０４に対応する貫通孔２０２４と、貫通孔５０６に対応する貫通孔２０２６とが形成されている。
【０１５７】
本実施形態において、板状部材２０３０には、貫通孔５０２に対応する貫通孔２０３２と、ピンホール５２４に対応する貫通孔２０３４と、貫通孔５０６に対応する貫通孔２０３６とが形成されている。本実施形態において、板状部材２０４０には、貫通孔５０２に対応する貫通孔２０４２と、貫通孔５０４に対応する貫通孔２０４４と、ピンホール５２６に対応する貫通孔２０４６とが形成されている。板状部材２０５０には、貫通孔５０２に対応する貫通孔２０５２と、貫通孔５０４に対応する貫通孔２０５４と、貫通孔５０６に対応する貫通孔２０５６とが形成されている。
【０１５８】
［ピンホールディスクの構造の具体例２］
図２１は、ピンホールディスク２１２０の構造の一例を概略的に示す。本実施形態において、ピンホールディスク２１２０は、シャフト３５０の軸方向の異なる位置に取り付けられた、複数のピンホール部材２１２２を備える。複数のピンホール部材２１２２は、シャフト３５０の軸方向において互いに重畳しないように取り付けられる。
【０１５９】
図２２は、ピンホール部材２１２２の一例を概略的に示す。本実施形態において、ピンホール部材２１２２は、板状部材２２１０を備える。板状部材２２１０には、ピンホールアレイ２２２０が形成されている。ピンホールアレイ２２２０は、複数のピンホール２２２２により構成される。ピンホールアレイ２２２０を構成する複数のピンホール２２２２は、板状部材２２１０の厚さ方向における位置が略同一であってよい。板状部材２２１０の厚さ方向は、板状部材２２１０がシャフト３５０に取り付けられた場合に、シャフト３５０の軸方向と略平行になる方向であってよい。
【０１６０】
［走査ユニット２４０の他の例］
図２３は、走査ユニット２３４０の一例を概略的に示す。走査ユニット２３４０は、反転ディスク２３８０を備える点を除いて、走査ユニット２４０と同様の構成を有してよい。反転ディスク２３８０は、ピンホールディスク３２０と反対方向に回転するように構成される。これにより、ピンホールディスク３２０及びマイクロレンズディスク３４０の回転により発生する力が、観察対象又は当該観察対象を有する被験体に与える影響が軽減される。
【０１６１】
［画像処理装置１４０の各部の説明］
図２４は、画像処理装置１４０の内部構成の一例を概略的に示す。本実施形態において、画像処理装置１４０は、撮像データ取得部２４２２と、画像データ生成部２４２６と、システム制御部２４３０とを備える。本実施形態において、システム制御部２４３０は、撮像制御部２４４２と、走査制御部２４４４と、光学系制御部２４４６と、照明制御部２４５０とを有する。本実施形態において、照明制御部２４５０は、刺激光制御部２４５２と、励起光制御部２４５４とを含む。
【０１６２】
本実施形態において、撮像データ取得部２４２２は、共焦点顕微鏡１２２の撮像素子２７６が出力する撮像データを取得する。撮像制御部２４４２は、取得された撮像データを画像データ生成部２４２６に出力する。
【０１６３】
本実施形態において、画像データ生成部２４２６は、撮像データに基づいて、観察対象の画像データを生成する。一実施形態において、複数の露光期間に撮像された複数の撮像データを、各撮像データに対応するピンホールの種類に基づいて、複数のグループに分類する。これにより、観察対象からの光に関する焦点深さごとの画像が生成される。他の実施形態において、単一の露光時間に撮像された単一の撮像データを、視野の各位置に対応するピンホールの種類に基づいて、複数のグループに分類する。これにより、焦点深さごとの画像が生成される。生成される画像は、静止画像であってもよく、動画像であってもよい。ピンホールの種類は、例えば、ピンホールディスク３２０を構成する板状部材の厚さ方向の位置（つまり、回転軸３７０の延伸方向の位置である。）によって区別される。
【０１６４】
本実施形態において、システム制御部２４３０は、生体情報収集システム１００の動作を制御する。例えば、撮像制御部２４４２は、撮像素子２７６を制御する。走査制御部２４４４は、走査ユニット２４０を制御する。光学系制御部２４４６は、共焦点顕微鏡１２２の各種の光学系を制御する。照明制御部２４５０は、発光ユニット２２２及び発光ユニット２３２の少なくとも一方を制御する。具体的には、刺激光制御部２４５２が発光ユニット２２２を制御し、励起光制御部２４５４が発光ユニット２３２を制御する。
【０１６５】
例えば、刺激光制御部２４５２は、ピンホールディスク３２０の回転と、刺激光の発光のタイミングとを同期させる。このとき、光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方を制御して、刺激光が照射される範囲を制御してもよい。光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方の動作と、ピンホールディスク３２０の回転とを同期させてよい。これにより、刺激光制御部２４５２は、観察対象の特定の領域の、特定の深さに存在する物質のみを刺激することができる。
【０１６６】
同様に、励起光制御部２４５４は、ピンホールディスク３２０の回転と、２以上の種類の励起光の発光のタイミングとを同期させる。このとき、光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方を制御して、各励起光が照射される範囲を制御してもよい。光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方の動作と、ピンホールディスク３２０の回転とを同期させてよい。これにより、励起光制御部２４５４は、多光子吸収過程を利用して、観察対象の特定の領域の、特定の深さに存在する物質のみを励起させることができる。
【０１６７】
［生体情報収集システム１００の制御の具体例］
一実施形態において、システム制御部２４３０は、下記の手順により、観察対象の走査を実施する。まず、走査制御部２４４４が、モータ３６０を制御して、複数の第１ピンホール及び複数の第２ピンホールが形成された板状部材を含むピンホールディスク３２０と、複数の第１マイクロレンズ及び複数の第２マイクロレンズが形成された板状部材を含むマイクロレンズディスク３４０とを回転させる。走査制御部２４４４は、予め定められた設定情報に基づいて、モータ３６０の回転速度を決定してよい。
【０１６８】
次に、光学系制御部２４４６が、アクチュエータ２６８を制御して、対物レンズ２６４の位置を調整する。また、照明制御部２４５０の励起光制御部２４５４が発光ユニット２３２を点灯させ、励起光がマイクロレンズディスク３４０に照射される。さらに、撮像制御部２４４２は、撮像素子２７６を制御して、予め定められた露光期間ごとに撮像処理を実行し、撮像データを出力する。なお、生体情報収集システム１００が立体画像を取得する場合、光学系制御部２４４６は、例えばアクチュエータ２６８を制御して、対物レンズ２６４の焦点位置を連続的に変更してよい。光学系制御部２４４６は、対物レンズ２６４の焦点位置の変更速度を、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。
【０１６９】
上述のとおり、マイクロレンズディスク３４０の第１マイクロレンズを通過した励起光は、ピンホールディスク３２０の第１ピンホールの位置で集光された後、レンズユニット２６２及び対物レンズ２６４を介して、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質を励起させる。励起された物質は、蛍光を放出する。励起された物質から放出された蛍光は、対物レンズ２６４及びレンズユニットレンズユニット２６２を介して、第１ピンホールの位置で集光された後、ダイクロイックミラー２５４及びレンズユニット２７４を介して、撮像素子２７６の撮像面に結像する。
【０１７０】
同様に、マイクロレンズディスク３４０の第２マイクロレンズを通過した励起光は、ピンホールディスク３２０の第２ピンホールに集光された後、レンズユニット２６２及び対物レンズ２６４を介して、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質を励起させる。励起された物質は、蛍光を放出する。励起された物質から放出された蛍光は、対物レンズ２６４及びレンズユニットレンズユニット２６２を介して、第２ピンホールの位置で集光された後、ダイクロイックミラー２５４及びレンズユニット２７４を介して、撮像素子２７６の撮像面に結像する。
【０１７１】
なお、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質を励起させるための第１励起光の波長分布と、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質を励起させるための第２励起光の波長分布が異なる場合、励起光制御部２４５４は、例えば、発光ユニット２３２を制御して、第１励起光及び第２励起光を同時に出射させる。励起光制御部２４５４は、発光ユニット２３２に第１励起光及び第２励起光のそれぞれを出射させるタイミングを、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。例えば、励起光制御部２４５４は、発光ユニット２３２を制御して、第１ピンホールが視野を通過するタイミングで第１励起光を出射させ、第２ピンホールが視野を通過するタイミングで第２励起光を出射させる。
【０１７２】
また、励起光の光路上にも、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方が配されている場合、光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方を制御して、励起光が照射される範囲を制御してもよい。光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方による遮光のタイミングを、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。上記の同期制御により、光学系制御部２４４６は、例えば、視野内を主に第１ピンホールが通過する場合の遮光パターンと、視野内を主に第２ピンホールが通過する場合の遮光パターンとを変更する。光学系制御部２４４６は、視野内における第１ピンホール及び第２ピンホールの少なくとも一方の移動とともに、遮光部分又は透光部分が視野内を移動するように、遮光パターンを制御してもよい。
【０１７３】
上記の同期制御は、ノッチ４１２が検出されるタイミングと、ノッチ４１２及び第１ピンホールの相対位置とに基づいて実行されてよい。上記の同期制御は、ノッチ４１２が検出されるタイミングと、ノッチ４１２及び第１ピンホールの相対位置と、ピンホールディスク３２０の回転速度とに基づいて実行されてもよい。上記の同期制御は、ノッチ４１２が検出されるタイミングと、ノッチ４１２及び第２ピンホールの相対位置とに基づいて実行されてよい。上記の同期制御は、ノッチ４１２が検出されるタイミングと、ノッチ４１２及び第２ピンホールの相対位置と、ピンホールディスク３２０の回転速度とに基づいて実行されてもよい。
【０１７４】
［生体情報収集システム１００の制御の他の具体例］
他の実施形態において、システム制御部２４３０は、下記の手順により、観察対象に刺激を与える。まず、走査制御部２４４４が、モータ３６０を制御して、複数の第１ピンホール及び複数の第２ピンホールが形成された板状部材を含むピンホールディスク３２０と、複数の第１マイクロレンズ及び複数の第２マイクロレンズが形成された板状部材を含むマイクロレンズディスク３４０とを回転させる。走査制御部２４４４は、予め定められた設定情報に基づいて、モータ３６０の回転速度を決定してよい。
【０１７５】
次に、光学系制御部２４４６が、アクチュエータ２６８を制御して、対物レンズ２６４の位置を調整する。また、照明制御部２４５０の刺激光制御部２４５２が発光ユニット２２２を点灯させ、刺激光がマイクロレンズディスク３４０に照射される。これにより、第１ピンホールを通過した刺激光は、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質を刺激する。また、第２ピンホールを通過した刺激光は、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質を刺激する。
【０１７６】
このとき、光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方を制御して、刺激光が照射される範囲を制御してもよい。光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方による遮光のタイミングを、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。各種の同期制御の詳細は、上述のとおりであってよい。これにより、視野内の特定の領域の、特定の深さに存在する物質が、選択的に刺激される。
【０１７７】
なお、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質を刺激するための第１刺激光の波長分布と、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質を刺激するための第２刺激光の波長分布が異なる場合、刺激光制御部２４５２は、例えば、発光ユニット２２２を制御して、第１刺激光及び第２刺激光を同時に出射させる。刺激光制御部２４５２は、発光ユニット２２２に第１刺激光及び第２刺激光のそれぞれを出射させるタイミングを、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。例えば、刺激光制御部２４５２は、発光ユニット２２２を制御して、第１ピンホールが視野を通過するタイミングで第１刺激光を出射させ、第２ピンホールが視野を通過するタイミングで第２刺激光を出射させる。
【０１７８】
［生体情報収集システム１００の制御の他の具体例］
さらに他の実施形態において、システム制御部２４３０は、下記の手順により、観察対象への刺激の付与と、観察対象の走査とを実施する。まず、走査制御部２４４４が、モータ３６０を制御して、複数の第１ピンホール及び複数の第２ピンホールが形成された板状部材を含むピンホールディスク３２０と、複数の第１マイクロレンズ及び複数の第２マイクロレンズが形成された板状部材を含むマイクロレンズディスク３４０とを回転させる。走査制御部２４４４は、予め定められた設定情報に基づいて、モータ３６０の回転速度を決定してよい。
【０１７９】
次に、光学系制御部２４４６が、アクチュエータ２６８を制御して、対物レンズ２６４の位置を調整する。また、照明制御部２４５０の励起光制御部２４５４が発光ユニット２３２を点灯させ、励起光がマイクロレンズディスク３４０に照射される。さらに、撮像制御部２４４２は、撮像素子２７６を制御して、予め定められた露光期間ごとに撮像処理を実行し、撮像データを出力する。これにより、（ｉ）刺激光が照射される前の段階における、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質からの生体情報と、（ｉｉ）刺激光が照射される前の段階における、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質からの生体情報とが取得される。
【０１８０】
なお、励起光の照射に関する各種制御の詳細は、上述のとおりであってよい。また、生体情報収集システム１００が立体画像を取得する場合、光学系制御部２４４６は、例えばアクチュエータ２６８を制御して、対物レンズ２６４の焦点位置を連続的に変更してよい。光学系制御部２４４６は、対物レンズ２６４の焦点位置の変更速度を、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。さらに、励起光の光路上にも、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方が配されている場合、光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方を制御して、励起光が照射される範囲を制御してもよい。光学系制御部２４４６は、シャッタ２２６及び液晶シャッタ２２８の少なくとも一方による遮光のタイミングを、ピンホールディスク３２０の回転に同期させてもよい。各種の同期制御の詳細は、上述のとおりであってよい。
【０１８１】
次に、照明制御部２４５０の刺激光制御部２４５２が発光ユニット２２２を点灯させ、刺激光がマイクロレンズディスク３４０に照射される。これにより、第１ピンホールを通過した刺激光は、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質を刺激する。また、第２ピンホールを通過した刺激光は、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質を刺激する。刺激光の照射に関する各種制御の詳細は、上述のとおりであってよい。
【０１８２】
次に、撮像制御部２４４２が、撮像素子２７６を制御して、予め定められた露光期間ごとに撮像処理を実行し、撮像データを出力する。これにより、（ｉ）刺激光が照射された後の段階における、観察対象の第１ピンホールに対応する深度に存在する物質からの生体情報と、（ｉｉ）刺激光が照射された後の段階における、観察対象の第２ピンホールに対応する深度に存在する物質からの生体情報とが取得される。なお、撮像制御部２４４２は、刺激光がマイクロレンズディスク３４０に照射されている期間中も撮像処理を続行してもよく、刺激光がマイクロレンズディスク３４０に照射されている期間中は撮像処理を中断してもよい。
【０１８３】
本実施形態においては、システム制御部２４３０が、画像処理装置１４０に配される場合を例として、システム制御部２４３０の詳細が説明された。しかしながら、システム制御部２４３０は、本実施形態に限定されない。他の実施形態において、システム制御部２４３０が、撮像装置１２０に配されてもよい。
【０１８４】
以上、本発明を実施の形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施の形態に記載の範囲には限定されない。上記実施の形態に、多様な変更または改良を加えることが可能であることが当業者に明らかである。また、技術的に矛盾しない範囲において、特定の実施形態について説明した事項を、他の実施形態に適用することができる。その様な変更または改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【０１８５】
特許請求の範囲、明細書、および図面中において示した装置、システム、プログラム、および方法における動作、手順、ステップ、および段階等の各処理の実行順序は、特段「より前に」、「先立って」等と明示しておらず、また、前の処理の出力を後の処理で用いるのでない限り、任意の順序で実現しうることに留意すべきである。特許請求の範囲、明細書、および図面中の動作フローに関して、便宜上「まず、」、「次に、」等を用いて説明したとしても、この順で実施することが必須であることを意味するものではない。
【符号の説明】
【０１８６】
１０  脳、２０  頭蓋骨、２２  開口、１００  生体情報収集システム、１２０  撮像装置、１２２  共焦点顕微鏡、１２４  取付治具、１４０  画像処理装置、２１０  筐体、２２２  発光ユニット、２２４  レンズユニット、２２６  シャッタ、２２８  液晶シャッタ、２３２  発光ユニット、２３４  レンズユニット、２４０  走査ユニット、２４２  ロータリエンコーダ、２５２  ダイクロイックミラー、２５４  ダイクロイックミラー、２６２  レンズユニット、２６４  対物レンズ、２６６  保持部材、２６８  アクチュエータ、２７２  蛍光フィルタ、２７４  レンズユニット、２７６  撮像素子、２８０  固定器具、２８２  観察窓、３２０  ピンホールディスク、３４０  マイクロレンズディスク、３５０  シャフト、３６０  モータ、３７０  回転軸、４０２  視野、４１０  ディスク本体、４１２  ノッチ、４２２  ピンホールアレイ、４２４  ピンホールアレイ、４２６  ピンホールアレイ、５０２  貫通孔、５０４  貫通孔、５０６  貫通孔、５２２  ピンホール、５２４  ピンホール、５２６  ピンホール、６１０  ディスク本体、６４２  マイクロレンズアレイ、６４４  マイクロレンズアレイ、６４６  マイクロレンズアレイ、７４２  マイクロレンズ、７４４  マイクロレンズ、７４６  マイクロレンズ、１２２０  ピンホールディスク、１２２２  ピンホールアレイ、１４４０  マイクロレンズディスク、１４４２  マイクロレンズアレイ、１６００  撮像データ、１６１２  情報、１６１４  情報、１６１６  情報、１６２２  画像データ、１６２４  画像データ、１６２６  画像データ、１８２０  ピンホールディスク、１８２２  領域、１８２４  領域、１８２６  領域、１９２０  ピンホールディスク、１９２２  領域、１９２４  領域、１９２６  領域、２０１０  板状部材、２０１２  貫通孔、２０１４  貫通孔、２０１６  貫通孔、２０２０  板状部材、２０２２  貫通孔、２０２４  貫通孔、２０２６  貫通孔、２０３０  板状部材、２０３２  貫通孔、２０３４  貫通孔、２０３６  貫通孔、２０４０  板状部材、２０４２  貫通孔、２０４４  貫通孔、２０４６  貫通孔、２０５０  板状部材、２０５２  貫通孔、２０５４  貫通孔、２０５６  貫通孔、２１２０  ピンホールディスク、２１２２  ピンホール部材、２２１０  板状部材、２２２０  ピンホールアレイ、２２２２  ピンホール、２３４０  走査ユニット、２３８０  反転ディスク、２４２２  撮像データ取得部、２４２６  画像データ生成部、２４３０  システム制御部、２４４２  撮像制御部、２４４４  走査制御部、２４４６  光学系制御部、２４５０  照明制御部、２４５２  刺激光制御部、２４５４  励起光制御部
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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