(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本の画像を取得する顕微鏡と、
前記標本の近似形状を設定する近似形状設定部と、
該近似形状設定部により設定された前記近似形状に倣って前記標本の３次元的な観察範囲を設定する観察範囲設定部と、
該観察範囲設定部により設定された前記観察範囲の３次元的な観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御する制御部とを備え、
前記顕微鏡が、観察視野内の前記標本の画像を取得する画像取得部と、該画像取得部の前記観察視野を光軸に直交するＸ方向およびＹ方向に移動させるＸＹステージ移動部と、前記画像取得部の観察位置を前記光軸に沿うＺ方向に移動させるＺ位置移動部とを備え、
前記観察範囲設定部が、前記近似形状の外形に沿う前記Ｘ方向およびＹ方向の複数の位置、および、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとにＺスタックの開始位置および終了位置が異なる前記近似形状に基づいた固有の前記Ｚ方向の範囲を有する３次元的な前記観察範囲を設定し、
前記制御部が、前記観察範囲設定部によって設定された前記観察範囲における前記Ｘ方向およびＹ方向の複数の位置に、前記ＸＹステージ移動部によって前記観察視野を移動させるとともに、前記Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で、前記Ｚ位置移動部によって前記観察位置を前記Ｚ方向にずらすことにより、前記Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得し、前記観察範囲設定部により設定された前記観察範囲における全ての前記Ｘ方向およびＹ方向の位置に対して、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で該Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得する顕微鏡システム。
【請求項２】
前記近似形状設定部が、前記標本の略全域を含む球体または長球体のパラメータにより前記標本の近似形状を設定する請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記近似形状設定部が、所定の記録媒体に保存されている前記標本の参照画像に基づいて、前記標本の近似形状を推定する請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項４】
前記近似形状設定部が、前記顕微鏡により取得された前記標本の参照画像に基づいて、前記標本の近似形状を推定する請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項５】
前記制御部が、第１分解能で前記標本の３次元的な前記参照画像を取得するよう前記顕微鏡を制御し、前記第１分解能よりも高い第２分解能で前記観察範囲の３次元的な前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御する請求項４に記載の顕微鏡システム。
【請求項６】
前記近似形状設定部が、タイムラプス観察において、既に取得されたいずれかの前記参照画像を使用する請求項４または請求項５に記載の顕微鏡システム。
【請求項７】
前記制御部が、前記参照画像よりも前記標本における深さ方向に細かいピッチで段階的に位置をずらして前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御する請求項３から請求項６のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項８】
前記制御部が、前記参照画像よりも前記標本における深さ方向に交差する方向に高い分解能で前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御する請求項３から請求項７のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項９】
前記制御部が、前記参照画像よりも高いＳＮ比の前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御する請求項３から請求項８のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項１０】
前記顕微鏡が、前記標本上で励起光を２次元的に走査させる走査部を備え、
前記制御部が、前記参照画像を取得する場合の前記励起光の走査速度よりも遅い走査速度で前記観察画像を取得するよう前記走査部を制御する請求項３から請求項９のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項１１】
前記観察範囲設定部が、前記近似形状に対して３次元的に所定の値を加算した範囲を前記観察範囲とする請求項１から請求項１０のいずれかに記載の顕微鏡システム。
【請求項１２】
標本の近似形状を設定する近似形状設定ステップと、
該近似形状設定ステップにより設定された前記近似形状に倣って前記標本の３次元的な観察範囲を設定する観察範囲設定ステップと、
該観察範囲設定ステップにより設定された前記観察範囲の３次元的な観察画像を取得する観察画像取得ステップとを含み、
前記観察範囲設定ステップが、前記近似形状の外形に沿う顕微鏡の光軸に直交するＸ方向およびＹ方向の複数の位置、および、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとにＺスタックの開始位置および終了位置が異なる前記近似形状に基づいた固有の前記光軸に沿うＺ方向の範囲を有する３次元的な前記観察範囲を設定し、
前記観察画像取得ステップが、前記観察範囲設定ステップにおいて設定された前記観察範囲における前記Ｘ方向およびＹ方向の複数の位置に、前記標本が載置されたステージの移動によって前記顕微鏡の観察視野を移動させるとともに、前記Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で観察位置を前記Ｚ方向にずらすことにより、前記Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得し、前記観察範囲設定ステップにおいて設定された前記観察範囲における全ての前記Ｘ方向およびＹ方向の位置に対して、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で該Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得する標本観察方法。
【請求項１３】
前記近似形状設定ステップが、前記標本の略全域を含む球体または長球体のパラメータにより前記標本の近似形状を設定する請求項１２に記載の標本観察方法。
【請求項１４】
第１分解能で前記標本の３次元的な参照画像を取得する参照画像取得ステップを含み、
前記近似形状設定ステップが、前記参照画像取得ステップにより取得された前記参照画像に基づいて前記標本の近似形状を推定し、
前記観察画像取得ステップが、前記第１分解能よりも高い第２分解能で前記観察範囲の３次元的な前記観察画像を取得する請求項１２または請求項１３に記載の標本観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システムおよび標本観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、立体培養技術および透明化技術の発達により、顕微鏡で広視野を３次元的に観察するニーズが増えている。そのような顕微鏡として、例えば、特許文献１に記載されているようなものが知られている。特許文献１に記載の顕微鏡システムは、標本の深さ方向に画像取得位置を異ならせて、標本容器の搭載位置についてのみ複数組の部分画像群を取得するとともに、それら複数組の部分画像群を合成してマップ画像を生成している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−０８５４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の顕微鏡システムは、標本容器がない部分の部分画像を取得する無駄を省くことができるが、標本容器内であっても標本自体の形状によっては標本が存在しない範囲についても部分画像を取得するため、部分画像の取得に無駄が発生してしまう。そのため、観察時間に無駄があり、また、標本に与えるダメージの増大にもつながるという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、標本の形状等に関わらず、３次元的な画像を簡易にかつ短時間で効率的に取得することができる顕微鏡システムおよび標本観察方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、標本の画像を取得する顕微鏡と、前記標本の近似形状を設定する近似形状設定部と、該近似形状設定部により設定された前記近似形状に倣って前記標本の３次元的な観察範囲を設定する観察範囲設定部と、該観察範囲設定部により設定された前記観察範囲の３次元的な観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御する制御部とを備え、前記顕微鏡が、観察視野内の前記標本の画像を取得する画像取得部と、該画像取得部の前記観察視野を光軸に直交するＸ方向およびＹ方向に移動させるＸＹステージ移動部と、前記画像取得部の観察位置を前記光軸に沿うＺ方向に移動させるＺ位置移動部とを備え、前記観察範囲設定部が、前記近似形状の外形に沿う前記Ｘ方向およびＹ方向の複数の位置、および、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとにＺスタックの開始位置および終了位置が異なる前記近似形状に基づいた固有の前記Ｚ方向の範囲を有する３次元的な前記観察範囲を設定し、前記制御部が、前記観察範囲設定部によって設定された前記観察範囲における前記Ｘ方向およびＹ方向の複数の位置に、前記ＸＹステージ移動部によって前記観察視野を移動させるとともに、前記Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で、前記Ｚ位置移動部によって前記観察位置を前記Ｚ方向にずらすことにより、前記Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得し、前記観察範囲設定部により設定された前記観察範囲における全ての前記Ｘ方向およびＹ方向の位置に対して、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で該Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得する顕微鏡システムを提供する。
【０００７】
本発明によれば、近似形状設定部により設定される標本の近似形状に倣って観察範囲設定部により標本の３次元的な観察範囲が設定され、その観察範囲の３次元的な画像を取得するよう制御部により顕微鏡が制御される。
【０００８】
したがって、標本全体が含まれるように標本における各ＸＹ位置を一律に同じＺ範囲で撮影する場合と比較して、観察範囲の無駄を極力省き、標本ごとに必要な範囲のみを効率的に撮影することができる。これにより、標本の形状等に関わらず、標本の３次元的な観察画像を簡易にかつ短時間で効率的に取得することができる。
【０００９】
上記発明においては、前記近似形状設定部が、前記標本の略全域を含む球体または長球体のパラメータにより前記標本の近似形状を設定することとしてもよい。
このように構成することで、標本の近似形状を簡易に設定して、必要な観察範囲を時間を掛けずに設定することができる。球体または長球体のように３次元的に膨らみがある標本を観察する場合に特に有効となる。
【００１０】
上記発明においては、前記近似形状設定部が、前記顕微鏡により取得された前記標本の参照画像に基づいて、前記標本の近似形状を推定することとしてもよい。
このように構成することで、参照画像上で標本が存在する座標を読み出すだけで標本の近似形状を推定することができる。したがって、参照画像により標本の近似形状を簡易かつ精度よく推定して、必要な観察範囲を時間を掛けずに設定することができる。２次元的に広がりがある標本を観察する場合に特に有効となる。
【００１１】
上記発明においては、前記近似形状設定部が、所定の記録媒体に保存されている前記標本の参照画像に基づいて、前記標本の近似形状を推定することとしてもよい。
このように構成することで、参照画像を取得する手間を省くことができる。形状に個体差が少ない標本を観察する場合に有効となる。
【００１２】
上記発明においては、前記制御部が、第１分解能で前記標本の３次元的な前記参照画像を取得するよう前記顕微鏡を制御し、前記第１分解能よりも高い第２分解能で前記観察範囲の３次元的な前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御することとしてもよい。
このように構成することで、低い解像度で取得される参照画像により観察範囲を簡易かつ効率的に設定し、高い解像度で取得される観察画像により所望の観察範囲を詳細に観察することができる。
【００１３】
上記発明においては、前記観察範囲設定部が、前記参照画像における前記観察画像の観察視野ごとに前記標本が存在する範囲を前記観察範囲とすることとしてもよい。
このように構成することで、観察視野ごとに厚さが異なる標本に対して高精度な観察画像を取得することができる。
【００１４】
上記発明においては、前記近似形状設定部が、タイムラプス観察において、既に取得されたいずれかの前記参照画像を使用することとしてもよい。
このように構成することで、時間の経過とともに標本の形状が変化する場合に、それに合わせて推定する標本の近似形状も変化させることができる。これにより、標本の形状変化に合わせて観察範囲を適宜更新し、観察範囲の無駄を抑制したタイムラプス観察を行うことができる。
【００１５】
上記発明においては、前記制御部が、前記参照画像よりも前記標本における深さ方向に細かいピッチで段階的に位置をずらして前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御することとしてもよい。
このように構成することで、参照画像と比較して、標本における深さ方向に分解能を向上した詳細な観察画像を取得することができる。
【００１６】
上記発明においては、前記制御部が、前記参照画像よりも前記標本における深さ方向に交差する方向に高い分解能で前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御することとしてもよい。
このように構成することで、参照画像と比較して、標本における深さ方向に交差する方向に分解能を向上した詳細な観察画像を取得することができる。
【００１７】
上記発明においては、前記制御部が、前記参照画像よりも高いＳＮ比の前記観察画像を取得するよう前記顕微鏡を制御することとしてもよい。
このように構成することで、ＳＮ比が低い参照画像により観察範囲を簡易に設定し、ＳＮ比が高い観察画像により所望の観察範囲を精度よく観察することができる。
【００１８】
上記発明においては、前記顕微鏡が、前記標本上で励起光を２次元的に走査させる走査部を備え、前記制御部が、前記参照画像を取得する場合の前記励起光の走査速度よりも遅い走査速度で前記観察画像を取得するよう前記走査部を制御することとしてもよい。
このように構成することで、参照画像の取得に要する時間を短縮して、標本における観察範囲の３次元的な観察画像をより短時間で効率的に取得することができる。
【００１９】
上記発明においては、前記観察範囲設定部が、前記近似形状に対して３次元的に所定の値を加算した範囲を前記観察範囲とすることとしてもよい。
このように構成することで、標本の近似形状の推定に誤差がある場合でも、漏れがない標本の３次元的な観察画像を取得することができる。
【００２０】
本発明は、標本の近似形状を設定する近似形状設定ステップと、該近似形状設定ステップにより設定された前記近似形状に倣って前記標本の３次元的な観察範囲を設定する観察範囲設定ステップと、該観察範囲設定ステップにより設定された前記観察範囲の３次元的な観察画像を取得する観察画像取得ステップとを含み、前記観察範囲設定ステップが、前記近似形状の外形に沿う顕微鏡の光軸に直交するＸ方向およびＹ方向の複数の位置、および、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとにＺスタックの開始位置および終了位置が異なる前記近似形状に基づいた固有の前記光軸に沿うＺ方向の範囲を有する３次元的な前記観察範囲を設定し、前記観察画像取得ステップが、前記観察範囲設定ステップにおいて設定された前記観察範囲における前記Ｘ方向およびＹ方向の複数の位置に、前記標本が載置されたステージの移動によって前前記顕微鏡の観察視野を移動させるとともに、前記Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で観察位置を前記Ｚ方向にずらすことにより、前記Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得し、前記観察範囲設定ステップにおいて設定された前記観察範囲における全ての前記Ｘ方向およびＹ方向の位置に対して、該Ｘ方向およびＹ方向の位置ごとに固有の前記Ｚ方向の範囲内で該Ｚ方向の各位置のスライス画像を取得する標本観察方法を提供する。
【００２１】
本発明によれば、近似形状設定ステップにより設定される標本の近似形状に倣って観察範囲設定ステップにより設定される標本の観察範囲の３次元的な観察画像が観察画像取得ステップにより取得される。
【００２２】
したがって、標本全体が含まれるように標本における各ＸＹ位置を一律に同じＺ範囲で撮影する場合と比較して、観察範囲の無駄を極力省き、標本ごとに必要な範囲のみを効率的に撮影することができる。これにより、標本の形状等に関わらず、標本の３次元的な観察画像を簡易にかつ短時間で効率的に取得して標本を観察することができる。
【００２３】
上記発明においては、前記近似形状設定ステップが、前記標本の略全域を含む球体または長球体のパラメータにより前記標本の近似形状を設定することとしてもよい。
このように構成することで、標本の近似形状を簡易に設定して、必要な観察範囲を時間を掛けずに設定することができる。
【００２４】
上記発明においては、第１分解能で前記標本の３次元的な参照画像を取得する参照画像取得ステップを含み、前記近似形状設定ステップが、前記参照画像取得ステップにより取得された前記参照画像に基づいて前記標本の近似形状を推定し、前記観察画像取得ステップが、前記第１分解能よりも高い第２分解能で前記観察範囲の３次元的な前記観察画像を取得することとしてもよい。
【００２５】
このように構成することで、参照画像上で標本が存在する座標を読み出すだけで標本の近似形状を推定することができる。また、参照画像を低い解像度で取得して観察範囲を簡易かつ効率的に設定し、観察画像を高い解像度で取得して所望の観察範囲を詳細に観察することができる。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、標本の形状等に関わらず、３次元的な画像を簡易にかつ短時間で効率的に取得することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システムを示すブロック図である。
【図２】試料の一例を示す図である。
【図３】図２の試料の形状に近似する球体の参照形状の一例を示す図である。
【図４】図３の参照形状に倣った観察範囲の一例を示す図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る標本観察方法を説明するフローチャートである。
【図６】本発明の第２実施形態に係る顕微鏡システムを示すブロック図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る標本観察方法を説明するフローチャートである。
【図８】図６の顕微鏡システムにより取得される試料の参照画像の他の一例を示す図である。
【図９】図８の参照画像上で設定される試料の参照形状に倣って設定される観察範囲の一例を示す図である。
【図１０】図９の観察範囲を撮影して得られる観察画像の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
〔第１実施形態〕
本発明の第１実施形態に係る顕微鏡システムおよび標本観察方法について図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１は、図１に示すように、試料Ｓ（図２および図３参照）を観察する顕微鏡３と、顕微鏡３を制御する制御部５と、ユーザからの指示を制御部５に入力するユーザインターフェース部７とを備えている。また、顕微鏡システム１には、ユーザが指示を入力するマウスやキーボード等の入力部（図示略）が接続されている。
【００２９】
顕微鏡３は、試料Ｓの画像を取得する画像取得部９と、試料Ｓにおける観察位置を変更するＺ位置移動部１１およびＸＹステージ移動部１３とを備えている。
試料Ｓとしては、例えば、図２および図３に示すような複数の細胞からなる３次元構造の細胞集塊を例示して説明する。
【００３０】
画像取得部９は、例えば、試料Ｓが載置される電動ステージと、レーザ光を発生する光源と、光源から発せられたレーザ光を２次元的に走査させるガルバノミラーのようなスキャナと、ガルバノミラーの振幅を変更することにより走査範囲を拡大・縮小して観察倍率を調整するガルバノズーム倍率調整部と、スキャナにより走査されたレーザ光を試料Ｓに照射する一方、試料Ｓにおいて発生する蛍光を集光する互いに倍率が異なる複数の対物レンズと、これら複数の対物レンズを交換可能に保持するレボルバと、対物レンズにより集光された蛍光をレーザ光の光路から分岐するダイクロイックミラーと、ダイクロイックミラーにより分岐された蛍光を検出する光電子増倍管のような検出器と、検出器により検出された蛍光の輝度情報に基づいて試料Ｓの画像を生成する画像生成部（いずれも図示略）と備えている。
【００３１】
電動ステージは、対物レンズの光軸に直交するＸ方向およびＹ方向の各移動軸に沿ってそれぞれの方向に水平移動することができるようになっている。
レボルバは、レーザ光の光軸上に対物レンズを択一的に配置することができるようになっている。また、レボルバは、保持している対物レンズを光軸に沿うＺ方向に移動させることができるようになっている。
【００３２】
Ｚ位置移動部１１は、制御部５の制御により、レボルバにより保持されている対物レンズをＺ方向に微動させるようになっている。これにより、画像取得部９により取得される画像のＺ方向の位置（以下、Ｚ位置という。）が移動するようになっている。
ＸＹステージ移動部１３は、例えば２個のモータであり、制御部５の制御により、Ｘ，Ｙ方向に電動ステージを移動させるようになっている。これにより、画像取得部９の観察視野がＸＹ方向に移動するようになっている。
【００３３】
ユーザインターフェース部７は、参照形状設定部（近似形状設定部）１５と、分解能設定部１７と、観察範囲推定部（観察範囲設定部）１９とを備えている。
参照形状設定部１５は、ユーザが入力する半径と中心位置の座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）のパラメータに従い、図３に示すように、試料Ｓの略全域を含み、かつ、試料Ｓの形状に近似する球体または長球体（長球体は図示略）の参照形状（近似形状）Ａを設定するようになっている。
【００３４】
分解能設定部１７は、ユーザが入力する撮影条件、例えば、対物レンズの倍率、ガルバノズーム倍率調整部による観察倍率、対物レンズのＺ方向のステップ量（ピッチ）、画像サイズ等に基づき、画像取得部９の分解能を設定するようになっている。
【００３５】
観察範囲推定部１９は、分解能設定部１７により設定された画像取得部９の分解能に基づき、参照形状設定部１５により設定された参照形状Ａに倣って試料Ｓの３次元的な観察範囲を設定するようになっている。すなわち、観察範囲推定部１９により、図４に示すように、試料Ｓの参照形状Ａの外形に沿うようにＸＹ位置ごとに固有のＺ範囲を有する３次元的な観察範囲Ｂが設定される。
【００３６】
制御部５は、ユーザが観察開始の指示を入力すると、ユーザが入力した撮影条件に従ってレボルバやガルバノズーム倍率調整部等を制御するようになっている。そして、制御部５は、観察範囲推定部１９により設定された観察範囲Ｂに合わせてＸＹステージ移動部１３を制御し、その観察範囲Ｂにおいて画像取得部９の観察視野をＸＹ方向に移動させるようになっている。
【００３７】
また、制御部５は、観察範囲推定部１９により設定された観察範囲Ｂに合わせてＺ位置移動部１１を制御し、その観察範囲Ｂにおける画像取得部９の観察視野のＸＹ位置ごとに対物レンズをＺ方向に段階的に微動させて、Ｚ位置を移動させるようになっている。また、制御部５は、観察範囲Ｂにおける画像取得部９の観察視野のＸＹ位置ごとに各Ｚ位置において試料Ｓの画像を取得すよう画像取得部９を制御するようになっている。
【００３８】
また、本実施形態に係る標本観察方法は、図５のフローチャートに示されるように、試料Ｓの参照形状を設定する参照形状設定ステップ（近似形状設定ステップ）Ｓ１と、参照形状設定ステップＳ１により設定された参照形状に倣って試料Ｓの３次元的な観察範囲を設定する観察範囲設定ステップＳ２と、観察範囲設定ステップＳ２により設定された観察範囲の３次元的な観察画像を取得する観察画像取得ステップＳ３とを含んでいる。
【００３９】
このように構成された顕微鏡システム１および標本観察方法の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１により試料Ｓを観察するには、まず、ユーザが試料Ｓの撮影条件として、対物レンズの倍率、ガルバノズーム倍率調整部による観察倍率、対物レンズのＺ方向のステップ量、画像サイズ等を入力するとともに、試料Ｓの参照形状を設定するための半径と中心位置の座標（Ｚ，Ｙ，Ｚ）のパラメータを入力する。
【００４０】
次いで、分解能設定部１７により、入力された試料Ｓの撮影条件に従って画像取得部９の分解能が設定されるとともに、参照形状設定部１５により、入力された試料Ｓの参照形状のパラメータに従って、図３に示すような試料Ｓの形状に近似する球状の参照形状Ａが設定される（ステップＳ１）。
【００４１】
次いで、観察範囲推定部１９により、分解能設定部１７によって設定された画像取得部９の分解能に基づき、参照形状設定部１５によって設定された参照形状Ａに倣って試料Ｓの３次元的な観察範囲Ｂが設定される（ステップＳ２）。試料Ｓの観察範囲Ｂは、図４に示すように、試料Ｓの参照形状Ａの外形に沿うようにＸＹ位置ごとに固有のＺ範囲が設定される。
【００４２】
次いで、ユーザが観察開始の指示を入力すると、制御部５によりＸＹステージ移動部１３が制御されて、観察範囲推定部１９により設定された試料Ｓの観察範囲ＢのいずれかのＸＹ位置に画像取得部９の観察視野が移動させられるとともに、制御部５によりＺ位置移動部１１が制御されて、そのＸＹ位置において、Ｚスタックの開始位置にＺ位置が移動させられる。
【００４３】
次いで、制御部５により画像取得部９が制御され、レーザ光源から発せられたレーザ光がスキャナによりＸＹ方向に２次元的に走査されて対物レンズにより試料Ｓに照射される。レーザ光が照射されることにより試料Ｓにおいて発生した蛍光は、対物レンズにより集光されてレーザ光の光路を戻り、スキャナを介してダイクロイックミラーによりレーザ光の光路から分岐され、検出器によって検出される。これにより、画像生成部において、検出器によって検出された蛍光の輝度に基づいて、試料Ｓのスライス画像が生成される。
【００４４】
次いで、制御部５によりＺ位置移動部１１が制御されて対物レンズがＺ方向に微動させられるとともに、制御部５により画像取得部９が制御されて移動後のＺ位置でスライス画像が取得される。このようにして、図５に示すように、観察範囲Ｂ内の同一のＸＹ位置において、そのＸＹ位置に固有のＺ範囲内でＺ位置が一定のステップ量で段階的にずらされて、各Ｚ位置のスライス画像が取得される。
【００４５】
そして、そのＸＹ位置において各Ｚ位置のスライス画像が取得されると、次のＸＹ位置に画像取得部９の観察視野が移動され、次のＸＹ位置においてもそのＸＹ位置に固有のＺ範囲内でＺ位置が一定のステップ量で段階的にずらされて各Ｚ位置のスライス画像が取得される。
【００４６】
このようにして、観察範囲Ｂにおける観察視野の全てのＸＹ位置において、それぞれ固有のＺ範囲内で各Ｚ位置のスライス画像が取得されると、画像生成部によりそれらのスライス画像が合成されて、試料Ｓの観察範囲Ｂにおける３次元的な画像が生成される（ステップＳ３）。
【００４７】
以上説明したように本実施形態に係る顕微鏡システムおよび標本観察方法によれば、試料Ｓの形状に近似する参照形状Ａに倣って設定されたＸＹ位置ごとに固有のＺ範囲を有する観察範囲Ｂの観察画像を取得するよう、制御部５により顕微鏡３が制御されることで、試料Ｓ全体が含まれるように試料Ｓの各ＸＹ位置を一律に同じＺ範囲で撮影する場合と比較して、観察範囲の無駄を極力省き、試料Ｓごとに必要な範囲のみを効率的に撮影することができる。これにより、試料Ｓの形状等に関わらず、試料Ｓの３次元的な観察画像を簡易にかつ短時間で効率的に取得することができる。また、標本に与えるダメージも低減することができる。
【００４８】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態に係る顕微鏡システムについて説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１は、図６に示すように、参照形状設定部１５が、顕微鏡３により取得された試料Ｓの参照画像に基づいて試料Ｓの参照形状を推定する点で第１実施形態と異なる。また、本実施形態に係る標本観察方法は、図７に示すように、参照形状設定ステップＳ１の前に、第１分解能で試料Ｓの３次元的な参照画像を取得する参照画像取得ステップＳ０を含む点で第１実施形態と異なる。
以下、第１実施形態に係る顕微鏡システム１および標本観察方法と構成を共通する箇所には、同一符号を付して説明を省略する。
【００４９】
参照形状設定部１５は、図８に示すように、顕微鏡３により取得される試料Ｓの参照画像上で試料Ｓが存在する座標を読み出して、試料Ｓの形状に近似する参照形状を推定するようになっている。図８において、白い枠線はＸ方向、Ｙ方向、Ｚ方向の軸を示している。
【００５０】
分解能設定部１７は、ユーザが入力する参照画像の撮影条件、例えば、対物レンズの倍率、ガルバノズーム倍率調整部による観察倍率、ＸＹ方向の観察範囲、Ｚスタックの開始位置および終了位置、Ｚ方向のステップ量、画像サイズ等に基づいて、参照画像を取得する画像取得部９の第１分解能を設定するようになっている。また、分解能設定部１７は、ユーザが入力する観察画像の撮影条件、例えば、対物レンズの倍率、ガルバノズーム倍率調整部による観察倍率、Ｚ方向のステップ量、画像サイズに基づいて、観察画像を取得する画像取得部９の第２分解能を設定するようになっている。
【００５１】
ユーザは、第２分解能が第１分解能よりも高くなるような撮影条件を入力することとする。例えば、観察画像の撮影条件は、参照画像の撮影条件よりも対物レンズの倍率や画像サイズを大きくする。これにより、ＸＹ方向の分解能が向上する。また、例えば、観察画像の撮影条件は、参照画像の撮影条件よりもＺスタックのステップ量を小さくする。これにより、Ｚ方向の分解能が向上する。また、ユーザは、観察画像のＳ／Ｎ比が参照画像のＳＮ比よりも高くなるような撮影条件を入力してもよい。例えば、観察画像の撮影条件は、参照画像の撮影条件よりもスキャナによるスキャンニング速度を遅くする。
【００５２】
観察範囲推定部１９は、分解能設定部１７により設定された画像取得部９の第２分解能に基づき、参照形状設定部１５により推定された参照画像上の試料Ｓの参照形状に倣って３次元的な観察範囲を設定するようになっている。本実施形態においては、観察範囲推定部１９は、例えば、図８に示すような参照画像に対して、図９に示すように、参照画像における観察画像の観察視野ごとに試料Ｓが存在する範囲を観察範囲Ｂとするようになっている。
【００５３】
具体的には、図９に示すように、観察範囲推定部１９は、参照画像における試料Ｓが存在するＸＹ範囲を画像取得部９の第２分解能の観察視野により分割して、その観察視野の区画ごとに試料Ｓが存在するＺ範囲を観察範囲と推定することで、ＸＹ位置ごとに固有のＺ範囲を有する観察範囲Ｂを設定するようになっている。２次元的に広がりがある試料Ｓを観察する場合に有効である。図９において、実線の区画および鎖線の区画は、それぞれ画像取得部９の第２分解能による観察視野を示している。また、図９において、実線の区画はＺスタックの開始位置を示し、鎖線の区画はＺスタックの終了位置を示している。
【００５４】
このように構成された顕微鏡システムおよび標本観察方法の作用について説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１により試料Ｓを観察するには、まず、ユーザが参照画像の撮影条件として、対物レンズの倍率、ガルバノズーム倍率調整部による観察倍率、ＸＹ方向の観察範囲、Ｚスタックの開始位置および終了位置、Ｚ方向のステップ量、画像サイズ等を入力するとともに、観察画像の撮影条件として、対物レンズの倍率、ガルバノズーム倍率調整部による観察倍率、Ｚ方向のステップ量、画像サイズ等を入力する。
【００５５】
次いで、分解能設定部１７により、入力された参照画像の撮影条件に従って画像取得部９の第１分解能が設定されるとともに、入力された観察画像の撮影条件に従って画像取得部９の第２分解能が設定される。
【００５６】
次いで、ユーザが、参照画像取得の指示を入力すると、制御部５により、参照画像の撮影条件に従って、レボルバやガルバノズーム倍率調整部等が制御されるとともに、ＸＹステージ移動部１３およびＺ位置移動部１１が制御されて、画像取得部９により図８に示すような試料Ｓの３次元的な参照画像が取得される（ステップＳ０）。
【００５７】
次いで、参照形状設定部１５により、画像取得部９によって取得された試料Ｓの参照画像上で試料Ｓが存在する座標が読み出され、試料Ｓの形状に近似する参照形状が推定される（ステップＳ１）。このようにすることで、試料Ｓの形状に近似する参照形状を簡易かつ精度よく推定することができる。
【００５８】
次いで、観察範囲推定部１９により、分解能設定部１７によって設定された画像取得部９の第２分解能に基づき、図９に示すように、参照形状設定部１５によって設定された参照形状に倣って試料Ｓの３次元的な観察範囲Ｂが設定される（ステップＳ２）。この場合において、図９に示すように、参照画像における試料Ｓが存在するＸＹ範囲を画像取得部９の第２分解能の観察視野により分割して、その観察視野の区画ごとに試料Ｓが存在するＺ範囲を推定することで、観察画像の観察視野ごとに厚さが異なる試料Ｓに対して高精度な観察範囲を設定することができる。
【００５９】
次いで、ユーザが観察開始の指示を入力すると、第１実施形態と同様に、観察範囲推定部１９により設定された試料Ｓの観察範囲Ｂの３次元的な観察画像を取得するように、制御部５によりレボルバやガルバノズーム倍率調整部等が制御されるとともに、Ｚ位置移動部１１、ＸＹステージ移動部１３および画像取得部９が制御される。これにより、画像取得部９により、図１０に示すような試料Ｓの観察範囲における３次元的な画像が生成される（ステップＳ３）。
【００６０】
以上説明したように本実施形態に係る顕微鏡システム１および標本観察方法によれば、試料Ｓの形状に近似する参照形状に倣って設定されたＸＹ位置ごとに固有のＺ範囲を有する観察範囲Ｂの観察画像を取得するよう、制御部５により顕微鏡３が制御されることで、試料Ｓごとに必要な範囲のみを効率的に撮影して、試料Ｓの３次元的な観察画像を簡易にかつ短時間で取得することができる。
【００６１】
この場合において、参照画像により試料Ｓの参照形状を推定することにより、必要な観察範囲を時間を掛けずに精度よく設定することができる。また、参照画像を低い解像度で取得することにより観察範囲を簡易かつ効率的に設定するとともに、観察画像を高い解像度で取得することにより所望の観察範囲を詳細に観察することができる。
【００６２】
本実施形態においては、試料Ｓのタイムラプス観察を行うこととしてもよい。この場合、参照形状設定部１５は、タイムラプス観察中に画像取得部９により取得された試料Ｓのいずれかの参照画像を用いて、試料Ｓの参照形状を設定することとしてもよい。例えば、時間的に１つ前に取得された試料Ｓの参照画像を使用することとしてもよい。
【００６３】
このようにすることで、時間の経過とともに試料Ｓの形状が変化する場合に、その試料Ｓの形状変化に合わせて、推定する試料Ｓの参照形状も変化させることができる。これにより、試料Ｓの形状変化に合わせて観察範囲を適宜更新し、観察範囲の無駄を抑制したタイムラプス観察を行うことができる。
【００６４】
本実施形態においては、画像取得部９により試料Ｓの参照画像を取得することとしたが、これに代えて、参照形状設定部１５が、図示しない記録媒体に予め保存してある試料Ｓの画像を参照画像として試料Ｓの参照形状を推定することとしてもよい。
このようにすることで、参照画像を取得する手間を省くことができる。形状に個体差が少ない試料を観察する場合に有効である。
【００６５】
また、上記各実施形態においては、観察範囲推定部１９が、参照形状設定部１５により設定された参照形状に対して３次元的に所定の値を加算して、参照形状よりも若干広い範囲を観察範囲とすることとしてもよい。
このようにすることで、試料Ｓの参照形状の推定に誤差がある場合でも、漏れがない試料Ｓの３次元的な観察画像を取得することができる。
【００６６】
また、上記各実施形態においては、スキャナとしてガルバノミラーを例示して説明したが、これに代えて、例えば、レゾナントスキャナとガルバノスキャナのように、走査速度が異なる２つのスキャナを切り替え可能に備えることとしてもよい。この場合、参照画像を取得する場合は走査速度が高速のレゾナントスキャナを採用し、観察画像を取得する場合は走査速度が低速のガルバノスキャナを採用することとすればよい。観察画像の取得速度よりも参照画像の取得速度を速くすることで、参照画像の取得に要する時間を短縮して、試料Ｓの３次元的な観察画像をより短時間で効率的に取得することができる。
【００６７】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。例えば、本発明を上記各実施形態および変形例に適用したものに限定されることなく、これらの実施形態および変形例を適宜組み合わせた実施形態に適用してもよく、特に限定されるものではない。例えば、上記各実施形態においては、ガルバノミラーのようなスキャナによりレーザ光を２次元的に走査して各走査点の輝度データを光電子増倍管のような０次光の検出器により時系列的に検出して画像を取得する画像取得部９を例示して説明したが、カメラにより試料Ｓの画像を取得する画像取得部を採用することとしてもよい。この場合、分解能設定部としては、例えば、対物レンズの倍率変更部による倍率変更、および／または、試料面からカメラへの投影倍率を変更可能なズーム光学系などが考えられる。
【符号の説明】
【００６８】
１  顕微鏡システム
３  顕微鏡
５  制御部
１５  参照形状設定部（近似形状設定部）
１９  観察範囲推定部（観察範囲設定部）
Ｓ０  参照画像取得ステップ
Ｓ１  参照形状設定ステップ（近似形状設定ステップ）
Ｓ２  観察範囲設定ステップ
Ｓ３  観察画像取得ステップ
Ａ  参照形状（近似形状）
Ｂ  観察範囲
Ｓ  試料（標本）
【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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