(57)【要約】【課題】所定の１サイクルの画像取得に必要な時間を短縮する画像取得制御方法とこれを有する顕微鏡装置を提供すること。【解決手段】標本１３の画像を取得する画像取得手段４を含む複数の光学ユニット７の動作を制御する制御手段２と、前記複数の光学ユニットは、前記制御手段からの動作開始信号を受けて所定の動作を開始し、所定の動作が完了したことを前記制御手段に伝達する光学ユニット制御部３，６を有し、前記制御手段は、前記複数の光学ユニットのうち動作中の光学ユニットから所定の動作が終了した信号を受信する前に、次に動作する少なくとも１つの光学ユニットに動作開始の信号を送信する画像取得制御装置とこれを有する顕微鏡装置１。【選択図】図１
2008020843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本の画像を取得する画像取得手段を含む複数の光学ユニットの動作を制御する制御手段と、
前記複数の光学ユニットは、前記制御手段からの動作開始信号を受けて所定の動作を開始し、所定の動作が完了したことを前記制御手段に伝達する光学ユニット制御部を有し、
前記制御手段は、前記複数の光学ユニットのうち動作中の光学ユニットから所定の動作が終了した信号を受信する前に、次に動作する少なくとも１つの光学ユニットに動作開始の信号を送信することを特徴とする画像取得制御装置。
【請求項２】
前記制御手段は、前記複数の光学ユニットそれぞれの所定の動作に要する時間を記憶したテーブルを有し、前記テーブルの情報に基き、前記複数の光学ユニットを制御することを特徴とする請求項１に記載の画像取得制御装置。
【請求項３】
前記光学ユニットは、光源のシャッタ、およびフィルタ交換手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の画像取得制御装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の画像取得制御装置を有することを特徴とする顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡における標本の画像取得制御装置とこれを有する顕微鏡鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、顕微鏡下において長時間かつ複数の標本の画像を取得する間欠撮影可能な顕微鏡装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このような顕微鏡装置では、撮影に必要なフィルタや光源のシャッタなどの顕微鏡の各種光学ユニットの切替を、パーソナルコンピュータ（以後、ＰＣと記す）との通信を介して各光学ユニットがシーケンシャルに動作するように制御されている。例えば光源のシャッタの開閉動作は、ＰＣからのシャッタ開の信号をシャッタ装置が受信した後シャッタを開ける動作を開始し、シャッタが完全に開放された時点でシャッタ装置からＰＣに向けてシャッタの開放完了の信号をＰＣに送信する。ＰＣは、この完了信号を受信したのち、画像取得のためにカメラのシャッタ動作の指令をカメラに伝達するシーケンシャル制御を行っている。
【特許文献１】特開２００２−２７７７５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、このようなシーケンシャル制御では、一つの光学ユニットが動作している期間中は他の光学ユニットの動作が休止しており、一つの光学ユニットの動作完了信号を受けて次の光学ユニットの動作を開始する制御のため、所定の１サイクルの画像取得に要する時間は、所定の１サイクル中に動作させる全光学ユニットそれぞれの所要時間の合計となり、所定の１サイクルの画像取得に必要な時間が長くなると言う問題がある。
【０００４】
本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、所定の１サイクルの画像取得に必要な時間を短縮する画像取得制御装置とこれを有する顕微鏡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】
【０００５】
上記課題を解決するために、本発明は、標本の画像を取得する画像取得手段を含む複数の光学ユニットの動作を制御する制御手段と、前記複数の光学ユニットは、前記制御手段からの動作開始信号を受けて所定の動作を開始し、所定の動作が完了したことを前記制御手段に伝達する光学ユニット制御部を有し、前記制御手段は、前記複数の光学ユニットのうち動作中の光学ユニットから所定の動作が終了した信号を受信する前に、次に動作する少なくとも１つの光学ユニットに動作開始の信号を送信することを特徴とする画像取得制御装置を提供する。
【０００６】
また、本発明は、前記画像取得制御装置を有することを特徴とする顕微鏡装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、所定の１サイクルの画像取得に必要な時間を短縮する画像取得制御装置とこれを有する顕微鏡装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の一実施の形態に関し図１から図３を参照しつつ説明する。
【０００９】
図１は、本発明にかかる画像取得制御装置を具備する顕微鏡装置の概略構成図である。図２は、本発明にかかる画像取得影制御装置のタイムチャートの一例を示す。図３は、比較のための従来技術のタイムチャートの一例を示す。
【００１０】
図１において、顕微鏡装置１００は、研究用に使用する倒立顕微鏡１と、標本１３の画像を取得するカメラ４と、標本１３への照明光を照射または遮断するシャッタ７と、これらを制御するパーソナルコンピュータ２（以後、ＰＣと記す）から構成されている。
【００１１】
カメラ４は、撮像素子５（例えば、ＣＣＤ、ＣＭＯＳなど）を有するデジタルカメラであり、ＲＳ２３２Ｃなどの通信で制御できる光学ユニット制御部の一つであるＣＣＵ（カメラコントロールユニット）３を持ち、ＣＣＵ３がＰＣ２とＲＳ２３２Ｃケーブル３ａで接続され、ＰＣ２の制御ソフトからの撮影指令を受け標本１３の画像を取得する。
【００１２】
シャッタ７は、ＲＳ２３２Ｃなどの通信で制御できる光学ユニット制御部の一つであるシャッタ制御ＢＯＸ６を持ち、シャッタ制御ＢＯＸ６がＰＣ２とＲＳ２３２Ｃケーブル６ａで接続され、ＰＣ２の制御ソフトからシャッタ７の開閉の指令を受けてシャッタ７へケーブル７ａを通じてシャッタ７の不図示の駆動手段により開閉動作させ、標本１３への照明光の照射および遮断を行う。
【００１３】
倒立顕微鏡１の照明光学系中には、蛍光観察のためのフィルタターレット１０が装着されており、倒立顕微鏡１とＰＣ２とをＲＳ２３２Ｃなどの通信ケーブル１ａで接続し、フィルタターレット１０をＰＣ２の制御ソフトを介してフィルタセット１１と、フィルタセット１２を光軸に対して切り替をすることができる。
【００１４】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６に通信を利用してシャッタ７の「開」指令を送信する。ＰＣ２からの通信をシャッタ制御ＢＯＸ６が受信し、シャッタ７の駆動手段によりシャッタ７を開放し、ランプハウス８の光源９からの照明光１５が倒立顕微鏡１の光路中に配置されたフィルタターレット１０に導かれる。
【００１５】
照明光１５は、フィルタターレット１０内にあるフィルタセット１２中の励起フィルタ１２ａにより所望の励起光が選択されてダイクロイックミラー１２ｃにより対物レンズ１４方向（Ａ方向）に反射される。
【００１６】
ダイクロイックミラー１２ｃで反射された励起光は、対物レンズ１４で集光され倒立顕微鏡１のステージ２１に載置された標本１３に照射される。標本１３は、照射された励起光で蛍光を発生する。この蛍光は、再び対物レンズ１４で集光されてフィルタセット１２のダイクロイックミラー１２ｃを通過し、フィルタセット１２中の吸収フィルタ１２ｂを透過して目的の蛍光１６として取り出され、結像光学系をＢ方向に進行してカメラ４内のＣＣＤ５に結像され、カメラ４の不図示のシャッタを動作させて蛍光画像が取得される。ＰＣ２の制御ソフトは、上記一連の制御を繰り返し行い、標本１３の蛍光画像を取得した後、ＰＣ２の不図示の記憶装置に記憶され、必要に応じて解析することが可能となる。このようにして、画像取得制御装置と倒立型顕微鏡１等を含む顕微鏡装置１００が構成されている。なお、倒立顕微鏡１は正立顕微鏡であっても同様の効果を奏する。
【００１７】
次に、図２を参照しつつ、本実施の形態における画像取得シーケンスについて説明する。本実施の形態では、ＰＣ２に搭載されている制御ソフトにより、標本１３の画像を取得する時、各光学ユニットは、以下の手順で制御される。なお、初期状態は、フィルタセット１２が光路中にセットされている状態として説明する。
「シャッタ７開→カメラ４撮影→シャッタ７閉→フィルタターレット１０中のフィルタセット１１に切り替え→シャッタ７開→カメラ４撮影→シャッタ７閉→フィルタターレット１０中のフィルタセット１２に切り替え→（以降、繰返し）」。
【００１８】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６に通信を利用してシャッタ７の「開」指令を送信する（Ｔｓ１）。ＰＣ２からの通信をシャッタ制御ＢＯＸ６が受信し、シャッタ７の不図示の駆動手段を駆動してシャッタ７を開放する。図中のＴｓはシャッタ７の開閉に要する時間を示す。
【００１９】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６からのシャッタ７の開放が完了した信号（Ｔｓ２）を通信により受ける前に、ＣＣＵ３に「撮影開始」信号（Ｔｐ１）を送り、カメラ４の不図示のシャッタを駆動してＣＣＤ５で蛍光１６による標本１３の画像取得を開始する。ＣＣＵ３は、所定の撮影時間（Ｔｐ）が経過した後カメラ４のシャッタを閉じ、画像取得が終了した旨の信号（Ｔｐ２）をＰＣ２の制御ソフトに送信する。
【００２０】
ＰＣ２の制御ソフトは、ＣＣＵ３からのカメラ４のシャッタを閉じた旨の信号（Ｔｐ２）を通信により受ける前に、シャッタ制御ＢＯＸ６にシャッタ７を「閉」旨の信号を送る（Ｔｓ３）。その後、ＰＣ２の制御ソフトは、ＣＣＵ３からカメラ４のシャッタが閉じられた旨の信号を受信する（Ｔｐ２）。以上で、フィルタセット１２での蛍光画像の画像取得が完了する。
【００２１】
次に、フィルタセット１１での蛍光像の画像取得シーケンスを実行する。
【００２２】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６からのシャッタ７が完全に閉じた旨の信号（Ｔｓ４）を通信により受ける前に、フィルタターレット１０にフィルタセットの「切り替え」信号を送信する（Ｔｆ１）。この信号を受けて、フィルタターレット１０はフィルタセット１２からフィルタセット１１に切り替える動作を開始する。図中のＴｆは、フィルタターレット１０におけるフィルタセット１１、１２の切替時間を示す。
【００２３】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６からシャッタ７が閉じた旨の信号（Ｔｓ４）を入手する。この信号は、フィルタセット１１の切替期間中にＰＣ２の制御ソフトに伝達される。
【００２４】
ＰＣ２の制御ソフトは、フィルタターレット１０からのフィルタセット１１への切り替えが完了した旨の信号（Ｔｆ２）を通信により受ける前に、シャッタ制御ＢＯＸ６にシャッタ７を開く旨の信号（Ｔｓ５）を送る。シャッタ制御ＢＯＸ６は、この信号を受信してシャッタ７の動作を開始し、シャッタ７を開放後、シャッタ７の開放が完了した旨の信号をＰＣ２の制御ソフトに送信する（Ｔｓ６）。
【００２５】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６からのシャッタ７の開放が完了した旨の情報（Ｔｓ６）を通信により受ける前に、ＣＣＵ３に蛍光像の撮影を開始する旨の信号（Ｔｐ３）を送る。この信号を受けて、ＣＣＵ３はカメラ４のシャッタを駆動して撮影を開始し、所定の撮影時間（Ｔｐ）後にカメラ４のシャッタを閉じ、撮影が完了した旨の信号（Ｔｐ４）をＰＣ２の制御ソフトに伝達する。
【００２６】
ＰＣ２の制御ソフトは、ＣＣＵ３からの撮影が完了した旨の信号（Ｔｐ４）を通信により受ける前に、シャッタ制御ＢＯＸ６にシャッタ７を閉じる旨の信号（Ｔｓ７）を送る。この信号を受け、シャッタ制御ＢＯＸ６は、シャッタ７を閉じる動作を開始し、シャッタ７が完全に閉じた旨の信号（Ｔｓ８）をＰＣ２の制御ソフトに送る。以上で、フィルタセット１１の蛍光画像の所得が完了する。
【００２７】
その後、所定時間待機後に再び画像取得するために、フィルタセット１１をフィルタセット１２に戻す処理を実行する。
【００２８】
ＰＣ２の制御ソフトは、シャッタ制御ＢＯＸ６からシャッタ７が完全に閉じた旨の信号（Ｔｓ８）を通信により受ける前に、フィルタターレット１０にフィルタセットの切替を指示する信号（Ｔｆ３）を送る。これを受けて、フィルタターレット１０はフィルタセット１１からフィルタセット１２に切り替える動作を実行して、切替が完了した時点で信号（Ｔｆ４）をＰＣ２の制御ソフトに伝達する。以上で一サイクルの画像取得処理が完了する。タイムラプス撮影では、上記の処理を予めユーザーが設定した回数繰り返すことになる。
【００２９】
なお、上記の説明において“通信により受ける前に“とは、通信時間や駆動時間を考慮し、その時間前にということを意味する。
【００３０】
以上のタイムテーブルを図２の記号で示すと、
「Ｔｓ１→Ｔｐ１→Ｔｓ２→Ｔｓ３→Ｔｐ２→Ｔｆ１→Ｔｓ４→Ｔｓ５→Ｔｆ２→Ｔｐ３→Ｔｓ６→Ｔｓ７→Ｔｐ４→Ｔｆ３→Ｔｓ８→Ｔｆ４→（以降、繰り返し）」
となる。
【００３１】
また、本発明では、処理時間を最短にするために、ＰＣ２の制御ソフトが、シャッタ７、フィルタターレット１０、およびカメラ４の通信時間を含むそれぞれの動作時間を前もって測定したテーブルを有している。このテーブルの情報を用いて所定の１サイクル画像取得時間を最短にするタイムチャートの作成を行っている。また、上記各光学ユニットを交換した際には、動作時間を予め測定してテーブルに記憶することで、動作光学ユニットを交換しても最短のタイムチャートを作成することが可能になる。
【００３２】
ここで、倒立顕微鏡１、ＣＣＵ３、およびシャッタ制御ＢＯＸ６とＰＣ２の制御ソフトとの送受信にかかる時間は、例えば、ＲＳ２３２Ｃ通信を使った場合、ボーレート、データ長、ストップビットで時間を計算することができ、
例えば、「９６００ボー、８ビット、１ストップビットとし、１０バイト通信データを送信／受信するとすると、」通信時間は約１０ｍｓｅｃと計算できる。したがって、シャッタが「閉」から「開」状態になるまでの動作時間が１００ｍｓｅｃとすると、シャッタが「開」動作を開始後、９０ｍｓｅｃ後にカメラ４の画像取得を開始すれば良い。
【００３３】
図３は、本実施の形態との比較のために図２と同様の画像取得処理を、それぞれの光学ユニットの動作が完了したのちに次の光学ユニットの動作を開始すると言う従来技術のタイムチャートを参考として示したものである。
【００３４】
図３では、シャッタ７の動作、カメラ４の画像取得動作、およびフィルタセット１１、１２の交換動作のそれぞれの動作が完了した旨の信号がＰＣ２の制御ソフトに伝達された後に、それに続くそれぞれの動作を開始する旨の信号をＰＣ２の制御ソフトが伝達するシーケンシャル制御を示している。これを図２と同様の記号で示すと、図３のタイムチャートは、
「Ｔｓ１→Ｔｓ２→Ｔｐ１→Ｔｐ２→Ｔｓ３→Ｔｓ４→Ｔｆ１→Ｔｆ２→Ｔｓ５→Ｔｓ６→Ｔｐ３→Ｔｐ４→Ｔｓ７→Ｔｓ８→Ｔｆ３→Ｔｆ４→（以降、繰り返し）」
となる。
【００３５】
この結果、図２中のフィルタセット交換時間Ｔｙは、図３のフィルタセット交換時間Ｔｘに対して短縮されていることが判る。例えば、通信時間（１０ｍｓｅｃ）を含めたシャッタ７の開閉それぞれの所要時間を１００ｍｓｅｃ、フィルタセットの交換時間を５００ｍｓｅｃとすると、図３の制御の場合のＴｘは約７４０ｍｓｅｃかかるのに対して、図２の制御の場合のＴｙは約５２０ｍｓｅｃとなり一回のフィルタセット交換で約２２０ｍｓｅｃ、２回のフィルやセット交換を含む一サイクル処理では４４０ｍｓｅｃの時間短縮が可能となる。
【００３６】
この約４４０ｍｓｅｃと言う時間は、フィルタセット交換一回分に近い時間であり、長期間、多数回の画像取得を行うタイムラプス撮影では、大きな時間短縮効果となる。この結果、トータル撮影時間が決められている場合には、図２と図３のタイムチャートでは、本実施の形態に係る図２の方がより多数回の画像取得を行うことができることになる。
【００３７】
また、図２のタイムチャートでは図３のタイムチャートに比べフィルタセットの交換を短時間で行うことが可能であり、１回の励起光の照射で二つの異なる波長の蛍光画像を取得する時の時間差を短縮することが可能になる。或いは、同時期に殆ど遅れなく２つの異なる励起光による異なる波長の蛍光画像を取得することが可能になる。
【００３８】
また、図３に示すタイムチャートでは、シャッタ７の開閉に伴う時間＜Ｔａ、Ｔｂ、Ｔｃ、Ｔｄ＞は、標本１３への無駄な励起光の照射が発生するのに対して、図２のタイムチャートでは、シャッタ７の開閉に伴う時間＜Ｔａ’、Ｔｂ’、Ｔｃ’、Ｔｄ’＞は、ほぼゼロとする事が可能になり、標本１３への無駄な励起光の照射を防止することができる。この結果、無駄な励起光の照射による標本の退色を防止することが可能になる。
【００３９】
なお、上記説明では、シャッタ７を外部制御機器として示してあるが、顕微鏡で制御出来るものにしても良い。その場合は、倒立顕微鏡１側で通信制御と駆動制御を分離して制御できるようにする必要がある。すなわち、シャッタ７の制御通信を受信し、シャッタ７を駆動し、完了応答する間にフィルタターレット１０の駆動の通信が受けられない、または受けてもシャッタ７の制御が完了するまでフィルタターレット１０の駆動が行えないような制御ではないことを意味する。
【００４０】
また、フィルタセット１１、１２は倒立顕微鏡１内に搭載している場合を示したが、使用状況によっては、フィルタセット１１、１２が外部装置としてある場合や、フィルタセット１１、１２内の励起フィルタ１２ａや吸収フィルタ１２ｂが個別外部装置としてあるものがあり、いずれも通信を介して制御できるものであれば、同様の時間短縮制御を行うことにより同様の効果を奏することができる。
【００４１】
また、本実施の形態では、ステージ２１が固定され標本１３の一つの場所のみについて画像取得する例を示したが、ステージ２１を駆動手段により駆動制御することにより、標本１３内の複数点の画像を取得する場合にも、ステージ２１の移動の時間、通信時間をテーブルに記憶しておき、これらを考慮した制御を行うことにより同様の効果を奏することができる。なお、上記以外の光学ユニットを駆動制御する場合も駆動に要する時間をＰＣ２のテーブルに記憶しておくことによって同様の効果を奏することは言うまでもない。
【００４２】
以上、述べたように、本発明では、顕微鏡に搭載可能な各光学ユニットに対する通信時間を考慮した各装置の動作時間をタイムテーブルに記憶しておき、これに基づいて各光学ユニットの組合せによる動作時間が最小になるようにシーケンス制御を行うことにより、標本に無駄な励起光の照射が防げるとともに、複数の励起光に対する蛍光反応をすばやく画像化することができる。また、フィルタセット交換時間の短縮により撮影間隔を短縮することができるため、定められた時間内の画像取得枚数を増加させることができる。
【００４３】
なお、上述の実施の形態は例に過ぎず、上述の構成や形状に限定されるものではなく、本発明の範囲内において適宜修正、変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明にかかる画像取得制御装置を具備する顕微鏡装置の概略構成図である。
【図２】本発明にかかる画像取得影制御装置のタイムチャートの一例を示す。
【図３】比較のための従来技術のタイムチャートの一例を示す。
【符号の説明】
【００４５】
１      倒立顕微鏡
２      パーソナルコンピュータ（ＰＣ）
３      ＣＣＵ
４      カメラ
５      ＣＣＤ
６      シャッタ制御ＢＯＸ
７      シャッタ
８      ランプハウス
９      光源
１０    フィルタターレット
１１    フィルタセット
１２    フィルタセット
１２ａ  励起フィルタ
１２ｂ  吸収フィルタ
１２ｃ  ダイクロイックミラー
１３    標本
１４    対物レンズ
１５    照明光
１６    蛍光
２１    ステージ
１００  顕微鏡装置
【図１】
2008020843.tif 000003
【図２】
2008020843.tif 000004
【図３】
2008020843.tif 000005