(57)【要約】【課題】より高速に、確実に合焦処理を行うことができる。【解決手段】撮像素子１１０１は、第１の平面に結像された像に基づいた撮像信号を出力する。光路差センサ１１１３は、第２の平面に結像された像に対応する第１のコントラスト信号と、第３の平面に結像された像に対応する第２のコントラスト信号とを出力する。ステージ駆動部１０３は、ステージ１０２と光学系２００との相対位置を変える。ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とに基づいてステージ駆動部１０３を駆動させ、光路差センサ１１１３が出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には撮像素子１１０１が出力する撮像信号に基づいてステージ駆動部１０３を駆動させる。【選択図】図１
2013174709.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置するステージと、
前記試料を照明する光源と、
前記試料の領域のうち第１の領域の像を第１の平面に結像させ、前記第１の領域に含まれる第２の領域の像を第２の平面と第３の平面とに結像させる光学系と、
前記第１の平面に結像された像に基づいた撮像信号を出力する撮像素子と、
前記第２の平面と前記第３の平面との間に配置され、前記第２の平面に結像された像に対応する第１のコントラスト信号と、前記第３の平面に結像された像に対応する第２のコントラスト信号とを出力する光路差センサと、
前記ステージと前記光学系との相対位置を変える駆動部と、
前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて前記駆動部を駆動させ、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には前記撮像素子が出力する前記撮像信号に基づいて前記駆動部を駆動させる合焦処理部と、
を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
【請求項２】
前記合焦制御部は、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて光路差オートフォーカスを用いて前記駆動部を駆動させ、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には前記撮像素子が出力する前記撮像信号に基づいて山登りコントラストオートフォーカスを用いて前記駆動部を駆動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
【請求項３】
試料を載置するステージと、
前記試料を照明する光源と、
前記試料の領域のうち第１の領域の像を第１の平面に結像させ、前記第１の領域に含まれる第２の領域の像を第２の平面と第３の平面とに結像させる光学系と、
前記第１の平面に結像された像に基づいた撮像信号を出力する撮像素子と、
前記第２の平面と前記第３の平面との間に配置され、前記第２の平面に結像された像に対応する第１のコントラスト信号と、前記第３の平面に結像された像に対応する第２のコントラスト信号とを出力する光路差センサと、
前記ステージと前記光学系との相対位置を変える駆動部と、
前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて前記駆動部を駆動させ、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には前記撮像素子が出力する前記撮像信号に基づいて前記駆動部を駆動させる合焦処理部と、
を備えることを特徴とするバーチャル顕微鏡装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡装置およびバーチャル顕微鏡装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、細胞、組織診断といった病理学の分野などにおいて、試料が配置されているスライドガラス（標本スライド）の全体画像を撮像するバーチャル顕微鏡装置が知られている。バーチャル顕微鏡装置は、標本スライドの部分画像を撮像し、撮像した部分画像を合成して１枚の全体画像を生成する。また、バーチャル顕微鏡装置は、病理診断の効率向上及び診断精度向上のため、高解像度且つ高速で画像を取得することができることが強く要求されている。
【０００３】
図５は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置が撮像する部分画像領域と、部分画像を合成して生成する全体画像領域とを示した概略図である。図示する例では、スライドガラス４７０と、試料４７１とが示されている。また、スライドガラス４７０の領域内に、部分画像領域４０１〜４１２と、全体画像領域４５０とが示されている。この場合、バーチャル顕微鏡装置は、１２回の撮像を行うことで、試料４７１の全ての部分画像領域４０１〜４１２の部分画像を撮像することができる。また、部分画像領域４０１〜４１２を合わせると、全体画像領域４５０となる。
【０００４】
図６は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置が撮像した部分画像と、部分画像から生成した全体画像とを示した概略図である。図示する例では、バーチャル顕微鏡装置が撮像した部分画像領域４０１〜４１２の部分画像５０１〜５１２が示されている。また、バーチャル顕微鏡装置が部分画像５０１〜５１２を合わせて生成した全体画像５５０が示されている。
【０００５】
なお、図６に示した部分画像５０１〜５１２の例ではのりしろ部が示されていないが、バーチャル顕微鏡装置が撮像する部分画像５０１〜５１２にはのりしろ部が含まれる。例えば、バーチャル顕微鏡装置が部分画像領域４０１の部分画像５０１を撮像する場合、図示する部分画像領域４０１の周囲の領域の画像を含む部分画像５０１を撮像する。他の部分画像領域４０２〜４１２の部分画像５０２〜５１２を撮像する場合も同様に、バーチャル顕微鏡装置は、部分画像領域４０２〜４１２の周囲の領域の画像を含む部分画像５０２〜５１２を撮像する。
【０００６】
ところで、バーチャル顕微鏡装置の観察対象である病理標本は、反射率の低い光を透過する試料である。そのため、バーチャル顕微鏡装置が用いるオートフォーカス（以下、ＡＦと称す）方式は、観察画像のコントラストを検出して合焦動作を行う、いわゆるパッシブ型オートフォーカス方式が主流である。
【０００７】
図７は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置の構成を示した概略図である。図示する例では、バーチャル顕微鏡装置６００は、ステージ６０２と、ステージ駆動部６０３と、光源６０４と、コンデンサレンズ６０５と、対物レンズ６０６と、結像レンズ６０７と、カメラ６０８と、ＡＦ信号処理部６０９とを備えている。なお、カメラ６０８は撮像素子６０８１を備えている。
【０００８】
ステージ６０２は、スライドガラス上に病理標本や生物組織などを載置した標本スライド６０１を載置するための台である。ステージ６０２は、コンデンサレンズ６０５と対物レンズ６０６との間に配置されている。ステージ駆動部６０３は、ＡＦ信号処理部６０９が出力するＡＦ信号（オートフォーカス信号）に基づいてステージ６０２を垂直方向に駆動する。光源６０４は、標本スライド６０１を照明する光を発生する。
【０００９】
コンデンサレンズ６０５は、光源６０４が照射した光を集光して標本スライド６０１に対して照射する。対物レンズ６０６は、複数のレンズで構成されており、標本スライド６０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ６０６は、標本スライド６０１からの光束を集光させ、集光させた光を結像レンズ６０７に対して照射する。
【００１０】
結像レンズ６０７は、対物レンズ６０６の光軸に沿って配置されている。また、結像レンズ６０７は、対物レンズ６０６が集光した光をカメラ６０８が備える撮像素子６０８１の撮像面上に結像させる。これにより、標本スライド６０１からの光は、撮像素子６０８１に導かれる。カメラ６０８が備える撮像素子６０８１は、標本スライド６０１からの光を受光し、受光した光を、受光した光の強度に応じた電気信号に光電変換する。カメラ６０８は、撮像素子６０８１が光電変換した電気信号に基づいて標本スライド６０１の画像データを生成する。ＡＦ信号処理部６０９は、カメラ６０８が生成した画像データのコントラスト値を算出し、コントラスト値がピークとなる位置にステージ６０２が移動するように、ＡＦ信号を出力する。
【００１１】
次に、バーチャル顕微鏡装置６００による山登りコントラストＡＦについて説明する。カメラ６０８は、標本スライド６０１の画像を撮像する。ＡＦ信号処理部６０９は、撮像素子６０８１が撮像した画像のコントラスト値を算出し、コントラスト値がピークとなる位置にステージ６０２が移動するようにＡＦ信号を出力する。ステージ駆動部６０３は、ＡＦ信号処理部６０９が出力するＡＦ信号に基づいてステージ６０２を移動させる。これにより、カメラ６０８が備える撮像素子６０８１のピントが標本スライド６０１に合う（例えば、特許文献１参照）。
【００１２】
また、図７に示したバーチャル顕微鏡装置６００とは異なるＡＦを用いるバーチャル顕微鏡装置が知られている。図８は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置の構成を示した概略図である。図示する例では、バーチャル顕微鏡装置７００は、ステージ６０２と、ステージ駆動部６０３と、光源６０４と、コンデンサレンズ６０５と、対物レンズ６０６と、カメラ６０８と、ＡＦ信号処理部６０９と、第１のハーフミラー７０１と、第１の結像レンズ７０２と、第２の結像レンズ７０３と、ＡＦユニット７０４とを備えている。なお、カメラ６０８は撮像素子６０８１を備えている。また、ＡＦユニット７０４は、第２のハーフミラー７０４１と、ミラー７０４２と、ラインセンサ７０４３とを備えている。
【００１３】
ステージ６０２と、ステージ駆動部６０３と、光源６０４と、コンデンサレンズ６０５と、対物レンズ６０６と、カメラ６０８とは、図７に示した各部と同様である。第１のハーフミラー７０１は、対物レンズ６０６と第１の結像レンズ７０２との間に配置されており、対物レンズ６０６からの光の一部を第２の結像レンズ７０３に対して照射し、残りの光を透過して第１の結像レンズ７０２に対して照射する。
【００１４】
第１の結像レンズ７０２は、第１のハーフミラー７０１の光軸に沿って配置されている。また、第１の結像レンズ７０２は、対物レンズ６０６が集光した光のうち、第１のハーフミラー７０１が透過した光をカメラ６０８が備える撮像素子６０８１の撮像面上に結像させる。これにより、標本スライド６０１からの光はカメラ６０８に導かれる。第２の結像レンズ７０３は、対物レンズ６０６が集光した光のうち、第１のハーフミラー７０１が反射した光をＡＦユニット７０４に照射する。これにより、標本スライド６０１からの光は、ＡＦユニット７０４に導かれる。
【００１５】
第２のハーフミラー７０４１は、第２の結像レンズ７０３とラインセンサ７０４３との間に配置されている。また、第２のハーフミラー７０４１は、第２の結像レンズ７０３からの光の一部を透過して一部をミラー７０４２の方向に反射する。これにより、第２のハーフミラー７０４１は、第２の結像レンズ７０３からの光を、ラインセンサ７０４３の方向と、ミラー７０４２の方向とに２分割する。ミラー７０４２は、第２のハーフミラー７０４１が反射した光を、ラインセンサ７０４３の方向に反射する。
【００１６】
なお、第２のハーフミラー７０４１が透過し、ラインセンサ７０４３に入射する光の光路を光路ａとする。また、第２のハーフミラー７０４１が反射し、ミラー７０４２が反射し、ラインセンサ７０４３に入射する光の光路を光路ｂとする。なお、ミラー７０４２は、反射した光の光路が光路ａと略平行になるように配置されている。また、光路ａは第２のハーフミラー７０４１から直接ラインセンサ７０４３に導かれる光路であり、光路ｂは第２のハーフミラー７０４１からミラー７０４２を介してラインセンサ７０４３に導かれる光路であるため、光路ｂの光路長は、光路ａの光路長よりも長い。
【００１７】
ラインセンサ７０４３は、光路ａ上かつ光路ｂ上に配置され、光路ａに導かれた標本スライド６０１からの光と、光路ｂに導かれた標本スライド６０１からの光とを受光し、受光した光を、光の強さに応じた電気信号に光電変換し出力する。なお、ラインセンサ７０４３の光検出面である平面を受光面とする。
【００１８】
ＡＦ信号処理部６０９は、ラインセンサ７０４３が出力する電気信号に基づいて、光路ａに導かれてラインセンサ７０４３に入射される標本スライド６０１からの光のコントラストと、光路ｂに導かれてラインセンサ７０４３に入射される標本スライド６０１からの光のコントラストとの差を検出する。また、ＡＦ信号処理部６０９は、検出したコントラストの差がゼロとなる位置にステージ６０２が移動するように、ＡＦ信号を出力する。ここで、ラインセンサ７０４３が、光路ａに導かれた光を光電変換した電気信号を後ピン信号と定義し、ラインセンサ７０４３が、光路ｂに導かれた光を光電変換した電気信号を前ピン信号と定義する。
【００１９】
図９は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置７００において、標本スライド６０１の位置を対物レンズ６０６の光軸方向に変化させたときの前ピンコントラスト信号と後ピンコントラスト信号の変化を示したグラフである。図示するグラフの横軸は、標本スライド６０１と対物レンズ６０６との間の距離（デフォーカス量）を示し、縦軸は、コントラスト信号値を示す。また、曲線８０１は、デフォーカス量と前ピンコントラスト信号値との関係を示す。また、曲線８０２は、デフォーカス量と後ピンコントラスト信号値との関係を示す。ステージ６０２に載置された標本スライド６０１を、対物レンズ６０６に対して十分に遠い位置（−Ｚ）から十分に近い位置（＋Ｚ）まで移動させると、先ず、前ピンコントラスト信号値が、光路ｂによる投影像合焦位置（前ピン位置）で最大となりその後低下する。続いて、後ピンコントラスト信号値が、光路ａによる投影像合焦位置（後ピン位置）で最大となりその後低下する。
【００２０】
図１０は、従来知られているバーチャル顕微鏡装置７００において、標本スライド６０１の位置を光軸方向に変化させたときの差分コントラスト信号値の変化を示したグラフである。図示するグラフの横軸は、標本スライド６０１と対物レンズ６０６との間の距離（デフォーカス量）を示し、縦軸は、差分コントラスト信号値を示す。また、曲線８５０は、デフォーカス量と差分コントラスト信号値との関係を示す。ステージ６０２に載置された標本スライド６０１を、対物レンズ６０６に対して十分に遠い位置（−Ｚ）から十分に近い位置（＋Ｚ）まで移動させると、差分コントラスト信号値は、光路ｂによる投影像合焦位置で極大となり、その後急峻に低下してゼロとなり、光路ａによる投影像合焦位置で極小となるＳ字カーブを描く。
【００２１】
なお、カメラ６０８が備える撮像素子６０８１の撮像面は、差分コントラスト信号値がゼロの時に標本スライド６０１の像が結像する位置に配置されている。そのため、ステージ駆動部６０３は、ＡＦ信号処理部６０９から入力されるＡＦ信号に基づいて、差分コントラスト信号値がゼロとなる位置に標本スライド６０１（ステージ６０２）を移動させることで、カメラ６０８が備える撮像素子６０８１のピントが標本スライド６０１に合うように制御することができる。なお、カメラ６０８が備える撮像素子６０８１のピントが標本スライド６０１に合うように制御する処理を合焦処理と呼ぶ。
【００２２】
次に、バーチャル顕微鏡装置７００による光路差ＡＦについて説明する。まず、ラインセンサ７０４３は、光路ａに導かれた標本スライド６０１からの光と、光路ｂに導かれた標本スライド６０１からの光とを受光し、受光した光を、光の強さに応じた電気信号に光電変換し出力する。ＡＦ信号処理部６０９は、ラインセンサ７０４３が出力する電気信号に基づいて、光路ａに導かれてラインセンサ７０４３に入射される標本スライド６０１からの光のコントラストと、光路ｂに導かれてラインセンサ７０４３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストとの差を検出する。また、ＡＦ信号処理部６０９は、検出したコントラストの差がゼロとなる位置にステージ６０２が移動するように、ＡＦ信号を出力する。ステージ駆動部６０３は、ＡＦ信号処理部６０９が出力するＡＦ信号に基づいてステージ６０２を移動させる。これにより、カメラ６０８が備える撮像素子６０８１のピントが標本スライド６０１に合う（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２３】
【特許文献１】特開平５−２３６３１５号公報
【特許文献２】特開昭５３−５０８５１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２４】
前述した通り、バーチャル顕微鏡装置には高解像度且つ高速で標本スライドの画像を取得することが要求されている。従来知られている山登りコントラストＡＦ処理では、撮像素子が撮像した画像を用いるのでＡＦ視野は撮像視野と同一である。そのため、ＡＦ視野には被写体が含まれているので確実にＡＦ動作を行なうことができる。しかしながら、山登りコントラストＡＦ処理では、撮像素子が撮像した画像のコントラスト値のピークを探すために、ステージもしくは対物レンズを光軸方向に動かしてコントラスト値の減少および増加を検出し、合焦駆動方向やステージもしくは対物レンズの移動方向を判断しなければならない。そのため、山登りコントラストＡＦ処理では合焦速度が遅く、標本スライドの画像を高速に取得することができないという問題がある。
【００２５】
また、従来知られている光路差ＡＦ処理では、差分コントラスト値の符号により合焦駆動方向が常に判定できるため、合焦速度が速い。そのため、標本スライドの画像を高速に取得することができる。しかしながら、光路差ＡＦのＡＦ視野は、撮像視野と比べて範囲が非常に狭い。
【００２６】
図１１は、従来知られている光路差ＡＦのＡＦ視野と撮像視野との関係を示した概略図である。図示する例では、被写体９０１と、光路差ＡＦのＡＦ視野９０２と、撮像視野９０３とが示されている。このように、光路差ＡＦのＡＦ視野９０２は、撮像視野９０３の一部分である。そのため、図示するように、撮像視野９０３には被写体９０１が含まれているが、光路差ＡＦのＡＦ視野９０２には被写体９０１が含まれない可能性がある。
【００２７】
このように、光路差ＡＦのＡＦ視野９０２内に被写体９０１が存在しない場合、光路差ＡＦ処理では合焦処理を行うことができない。なお、光路差ＡＦのＡＦ視野９０２内に被写体９０１が存在しない場合には、被写体９０１が光路差ＡＦのＡＦ視野９０２内に含まれるようにステージ６０２を移動させれば良い。しかしながら、バーチャル顕微鏡装置７００においては、撮像時間の最適化や画像合成処理の容易化のため、部分画像を撮像する場合には隣接する部分画像を順次等間隔で撮像する必要がある。そのため、被写体９０１の配置や形状などによっては、光路差ＡＦのＡＦ視野９０２内に被写体９０１が存在しない場合があり、標本スライド６０１にピントを合わせることができない可能性がある。
【００２８】
また、必ず合焦動作を行うことができるようにＡＦユニットを複数設け、常に被写体上に光路差ＡＦのＡＦ視野が存在するようにすることも考えられるが、装置が大掛かりとなりコストが高くなるため現実的ではない。
【００２９】
本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、より高速に、確実に合焦処理を行うことができる顕微鏡装置およびバーチャル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】
【００３０】
本発明は、試料を載置するステージと、前記試料を照明する光源と、前記試料の領域のうち第１の領域の像を第１の平面に結像させ、前記第１の領域に含まれる第２の領域の像を第２の平面と第３の平面とに結像させる光学系と、前記第１の平面に結像された像に基づいた撮像信号を出力する撮像素子と、前記第２の平面と前記第３の平面との間に配置され、前記第２の平面に結像された像に対応する第１のコントラスト信号と、前記第３の平面に結像された像に対応する第２のコントラスト信号とを出力する光路差センサと、前記ステージと前記光学系との相対位置を変える駆動部と、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて前記駆動部を駆動させ、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には前記撮像素子が出力する前記撮像信号に基づいて前記駆動部を駆動させる合焦処理部と、を備えることを特徴とする顕微鏡装置である。
【００３１】
また、本発明の顕微鏡装置において、前記合焦制御部は、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて光路差オートフォーカスを用いて前記駆動部を駆動させ、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には前記撮像素子が出力する前記撮像信号に基づいて山登りコントラストオートフォーカスを用いて前記駆動部を駆動させることを特徴とする。
【００３２】
また、本発明は、試料を載置するステージと、前記試料を照明する光源と、前記試料の領域のうち第１の領域の像を第１の平面に結像させ、前記第１の領域に含まれる第２の領域の像を第２の平面と第３の平面とに結像させる光学系と、前記第１の平面に結像された像に基づいた撮像信号を出力する撮像素子と、前記第２の平面と前記第３の平面との間に配置され、前記第２の平面に結像された像に対応する第１のコントラスト信号と、前記第３の平面に結像された像に対応する第２のコントラスト信号とを出力する光路差センサと、前記ステージと前記光学系との相対位置を変える駆動部と、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて前記駆動部を駆動させ、前記光路差センサが出力する前記第１のコントラスト信号と前記第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には前記撮像素子が出力する前記撮像信号に基づいて前記駆動部を駆動させる合焦処理部と、を備えることを特徴とするバーチャル顕微鏡装置である。
【発明の効果】
【００３３】
本発明によれば、ステージは試料を載置する。また、光源は試料を照明する。また、光学系は、試料の領域のうち第１の領域の像を第１の平面に結像させ、第１の領域に含まれる第２の領域の像を第２の平面と第３の平面とに結像させる。また、撮像素子は、第１の平面に結像された像に基づいた撮像信号を出力する。また、光路差センサは、第２の平面と第３の平面との間に配置され、第２の平面に結像された像に対応する第１のコントラスト信号と、第３の平面に結像された像に対応する第２のコントラスト信号とを出力する。また、駆動部は、ステージと光学系との相対位置を変える。また、合焦処理部は、光路差センサが出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には当該第１のコントラスト信号と当該第２のコントラスト信号とに基づいて駆動部を駆動させ、光路差センサが出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には撮像素子が出力する撮像信号に基づいて駆動部を駆動させる。
【００３４】
これにより、合焦処理部は、光路差センサが出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には、光路差センサが出力する信号に基づいて駆動部を駆動させることができる。また、合焦処理部は、光路差センサが出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には撮像素子が出力する撮像信号に基づいて駆動部を駆動させることができる。従って、より高速に、確実に合焦処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施形態における顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図２】本実施形態における光路差センサの光路差ＡＦ視野と、撮像素子の撮像視野との関係を示した概略図である。
【図３】本実施形態における光路差ＡＦユニットの視野内に被写体が存在するときの前ピン信号、後ピン信号と、光路差ＡＦユニットの視野内に被写体が存在しないときの前ピン信号、後ピン信号との関係を示したグラフである。
【図４】本実施形態における顕微鏡装置の動作手順を示したフローチャートである。
【図５】従来知られているバーチャル顕微鏡装置が撮像する部分画像領域と、部分画像を合成して生成する全体画像領域とを示した概略図である。
【図６】従来知られているバーチャル顕微鏡装置が撮像した部分画像と、部分画像から生成した全体画像とを示した概略図である。
【図７】従来知られているバーチャル顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図８】従来知られているバーチャル顕微鏡装置の構成を示した概略図である。
【図９】従来知られているバーチャル顕微鏡装置において、標本スライドの位置を対物レンズの光軸方向に変化させたときの前ピンコントラスト信号と後ピンコントラスト信号の変化を示したグラフである。
【図１０】従来知られているバーチャル顕微鏡装置において、標本スライドの位置を光軸方向に変化させたときの差分コントラスト信号値の変化を示したグラフである。
【図１１】従来知られている光路差ＡＦのＡＦ視野と撮像視野との関係を示した概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
以下、本発明の一実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における顕微鏡装置１の構成を示した概略図である。例えば、顕微鏡装置１は、標本スライドの部分画像を撮像し、撮像した部分画像を合成して１枚の全体画像を生成するバーチャル顕微鏡装置である。なお、顕微鏡装置１は、１枚の画像を撮像する顕微鏡装置であってもよい。
【００３７】
図示する例では、顕微鏡装置１は、ステージ１０２と、ステージ駆動部１０３（駆動部）と、光源１０４と、コンデンサレンズ１０５と、対物レンズ１０６と、第１のハーフミラー１０７と、第１の結像レンズ１０８と、第２の結像レンズ１０９と、カメラ１１０と、光路差ＡＦユニット１１１と、ＡＦ信号処理部１１２（合焦処理部）と、画像処理部１１３とを備えている。なお、カメラ１１０は撮像素子１１０１を備えている。また、光路差ＡＦユニット１１１は、第２のハーフミラー１１１１と、ミラー１１１２と、光路差センサ１１１３とを備えている。また、対物レンズ１０６と、第１のハーフミラー１０７と、第１の結像レンズ１０８と、第２の結像レンズ１０９と、第２のハーフミラー１１１１と、ミラー１１１２とを光学系２００とする。
【００３８】
ステージ１０２は、スライドガラス上に病理標本や生物組織などを載置した標本スライド１０１を載置するための台である。ステージ１０２は、コンデンサレンズ１０５と対物レンズ１０６との間に配置されている。ステージ駆動部１０３は、ＡＦ信号処理部１１２が出力するＡＦ信号（オートフォーカス信号）に基づいてステージ１０２を水平及び垂直方向に駆動する。光源１０４は、標本スライド１０１を照明する光を発生する。
【００３９】
コンデンサレンズ１０５は、光源１０４が照射した光を集光して標本スライド１０１に対して照射する。対物レンズ１０６は、複数のレンズで構成されており、標本スライド１０１に対向するように配置されている。また、対物レンズ１０６は、標本スライド１０１からの光束を集光させ、集光させた光を第１のハーフミラー１０７に対して照射する。第１のハーフミラー１０７は、対物レンズ１０６と第１の結像レンズ１０８との間に配置されており、対物レンズ１０６からの光の一部を第２の結像レンズ１０９に対して照射し、残りの光を透過して第１の結像レンズ１０８に対して照射する。
【００４０】
第１の結像レンズ１０８は、第１のハーフミラー１０７の光軸に沿って配置されている。また、第１の結像レンズ１０８は、対物レンズ１０６が集光した光のうち、第１のハーフミラー１０７が透過した光をカメラ１１０が備える撮像素子１１０１の撮像面（第１の平面）上に結像させる。これにより、標本スライド１０１からの光はカメラ１１０に導かれる。カメラ１１０が備える撮像素子１１０１は、標本スライド１０１からの光を受光し、受光した光を、受光した光の強度に応じた電気信号に光電変換する。カメラ１１０は、撮像素子１１０１が光電変換した電気信号（撮像信号）を出力する。
【００４１】
第２の結像レンズ１０９は、対物レンズ１０６が集光した光のうち、第１のハーフミラー１０７が反射した光を光路差ＡＦユニット１１１に照射する。これにより、標本スライド１０１からの光は、光路差ＡＦユニット１１１に導かれる。第２のハーフミラー１１１１は、第２の結像レンズ１０９と光路差センサ１１１３との間に配置されている。また、第２のハーフミラー１１１１は、第２の結像レンズ１０９からの光の一部を透過して一部をミラー１１１２の方向に反射する。これにより、第２のハーフミラー１１１１は、第２の結像レンズ１０９からの光を、光路差センサ１１１３の方向と、ミラー１１１２の方向とに２分割する。ミラー１１１２は、第２のハーフミラー１１１１が反射した光を、光路差センサ１１１３の方向に反射する。
【００４２】
なお、第２のハーフミラー１１１１が透過し、光路差センサ１１１３に入射する光の光路を光路Ａとする。また、第２のハーフミラー１１１１が反射し、ミラー１１１２が反射し、光路差センサ１１１３に入射する光の光路を光路Ｂとする。なお、ミラー１１１２は、反射した光の光路が光路Ａと略平行になるように配置されている。また、光路Ａは第２のハーフミラー１１１１から直接光路差センサ１１１３に導かれる光路であり、光路Ｂは第２のハーフミラー１１１１からミラー１１１２を介して光路差センサ１１１３に導かれる光路であるため、光路Ｂの光路長は、光路Ａの光路長よりも長い。そのため、光路Ａに導かれた光の結像点は、光路差センサ１１１３の後方の平面ｍ（第２の平面）上の後ピン位置１１となる。また、光路Ｂに導かれた光の結像点は、光路差センサ１１１３の前方の平面ｎ（第３の平面）上の前ピン位置１２となる。
【００４３】
光路差センサ１１１３は、例えばラインセンサである。光路差センサ１１１３は、光路Ａ上かつ光路Ｂ上に配置され、光路Ａに導かれた標本スライド１０１からの光と、光路Ｂに導かれた標本スライド１０１からの光とを受光し、受光した光を、光の強さに応じた電気信号に光電変換し出力する。すなわち、光路差センサ１１１３は、平面ｍ上の後ピン位置１１に結像された光（像）に対応する電気信号（第１のコントラスト信号）と、平面ｎ上の前ピン位置１２に結像された光（像）に対応する電気信号（第２のコントラスト信号）とを出力する。なお、光路差センサ１１１３の光検出面である平面を受光面とする。
【００４４】
ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する電気信号（第１のコントラスト信号、第２のコントラスト信号）に基づいて、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストと、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストとの値を算出する。また、ＡＦ信号処理部１１２は、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストと、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストとの値が所定の値以上であれば、光路差センサ１１１３が出力する電気信号に基づいて、光路差ＡＦを用いてステージ駆動部１０３を駆動させる。すなわち、ＡＦ信号処理部１１２は、光路差ＡＦを用いて合焦動作を行う。光路差ＡＦを用いた合焦動作の具体例については後述する。
【００４５】
また、ＡＦ信号処理部１１２は、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストと、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストとの値が所定の値未満であれば、撮像素子１１０１が出力する撮像信号に基づいて、山登りコントラストＡＦを用いてステージ駆動部１０３を駆動させる。すなわち、ＡＦ信号処理部１１２は、山登りコントラストＡＦを用いて合焦動作を行う。山登りコントラストＡＦを用いた合焦動作の具体例については後述する。なお、所定の値は、例えば、ＡＦ信号処理部１１２が光路差ＡＦを用いることができる最小のコントラスト値とする。また、所定の値は、例えば、被写体の搭載されていないスライドガラスに対して光路差ＡＦ処理を行ってコントラスト信号を測定し、このコントラスト値の最大値よりも大きい値としてもよい。
【００４６】
画像処理部１１３は、撮像素子１１０１が光電変換した電気信号に基づいて、画像を生成する。なお、顕微鏡装置１がバーチャル顕微鏡装置である場合、撮像素子１１０１が光電変換した電気信号に基づいて部分画像を生成し、複数の部分画像を合わせて１枚の全体画像を生成する。
【００４７】
次に、光路差ＡＦを用いた合焦動作の具体例について説明する。ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する電気信号に基づいて、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストと、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される標本スライド１０１からの光のコントラストとの差（差分コントラスト信号値）を検出する。ここで、光路差センサ１１１３が、光路Ａに導かれた光を光電変換した電気信号を後ピン信号と定義し、光路差センサ１１１３が、光路Ｂに導かれた光を光電変換した電気信号を前ピン信号と定義する。
【００４８】
カメラ１１０が備える撮像素子１１０１の撮像面は、差分コントラスト信号値がゼロの時に標本スライド１０１の像が結像する位置に配置されている。そのため、ステージ駆動部１０３は、ＡＦ信号処理部１１２から入力されるＡＦ信号に基づいて、差分コントラスト信号値がゼロとなる位置に標本スライド１０１（ステージ１０２）を移動させることで、カメラ１１０が備える撮像素子１１０１のピントが標本スライド１０１に合うように制御することができる。
【００４９】
次に、山登りコントラストＡＦを用いた合焦動作の具体例について説明する。ＡＦ信号処理部１１２は、撮像素子１１０１が出力した撮像信号のコントラスト値を算出し、コントラスト値がピークとなる位置にステージ１０２が移動するようにＡＦ信号を出力する。ステージ駆動部１０３は、ＡＦ信号処理部１１２が出力するＡＦ信号に基づいてステージ１０２を移動させる。これにより、カメラ１１０が備える撮像素子１１０１のピントが標本スライド１０１に合うように制御することができる。
【００５０】
次に、光路差センサ１１１３（光路差ＡＦユニット１１１）の光路差ＡＦ視野と、撮像素子１１０１（カメラ１１０）の撮像視野との関係について説明する。図２は、本実施形態における光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野と、撮像素子１１０１の撮像視野との関係を示した概略図である。図示する例では、被写体２０１と、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２と、撮像素子１１０１の撮像視野２０３とが示されている。このように、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２は、撮像素子１１０１の撮像視野２０３の一部分である。そのため、図示するように、撮像素子１１０１の撮像視野２０３には被写体２０１が含まれているが、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２には被写体２０１が含まれない可能性がある。
【００５１】
次に、光路差ＡＦユニット１１１の視野内に被写体が存在するときの前ピン信号、後ピン信号と、光路差ＡＦユニット１１１の視野内に被写体が存在しないときの前ピン信号、後ピン信号との関係について説明する。図３は、本実施形態における光路差ＡＦユニット１１１の視野内に被写体が存在するときの前ピン信号、後ピン信号と、光路差ＡＦユニット１１１の視野内に被写体が存在しないときの前ピン信号、後ピン信号との関係を示したグラフである。
【００５２】
図示するグラフの横軸は、標本スライド１０１と対物レンズ１０６との間の距離（デフォーカス量）を示し、縦軸は、コントラスト信号値を示す。また、曲線３０１は、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在するときのデフォーカス量と前ピンコントラスト信号値との関係を示す。また、曲線３０２は、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在するときのデフォーカス量と後ピンコントラスト信号値との関係を示す。また、曲線３０３は、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在しないときのデフォーカス量と前ピンコントラスト信号値との関係を示す。また、曲線３０４は、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在しないときのデフォーカス量と後ピンコントラスト信号値との関係を示す。
【００５３】
図示する例では、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２に被写体が存在する場合には、光路差ＡＦ視野２０２内のコントラストが高いため、光路差センサ１１１３が出力するコントラスト信号が大きく、ピークも高くなる。一方、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２に被写体が存在しない場合には、光路差ＡＦ視野２０２内のコントラストが低いため、光路差センサ１１１３が出力するコントラスト信号が極めて小さく、ピークも生成されない。よって、前ピン信号若しくは後ピン信号の大きさ、或いは前ピン信号と後ピン信号の和信号の大きさを所定の値（閾値）と比較することにより、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２に被写体が存在するか否かを判定することができる。
【００５４】
次に、本実施形態における顕微鏡装置１の動作手順について説明する。図４は、本実施形態における顕微鏡装置１の動作手順を示したフローチャートである。
（ステップＳ１０１）ステージ駆動部１０３は、カメラ１１０の撮像素子１１０１が最初の部分画像（例えば、図５に示した部分画像領域４０１の部分画像）を撮像できるように、ステージ１０２（標本スライド１０１）を水平方向に移動させる。その後、ステップＳ１０２の処理に進む。
【００５５】
（ステップＳ１０２）ステージ駆動部１０３は、対物レンズ１０６とステージ１０２（標本スライド１０１）との間隔を初期間隔となるように、ステージ１０２を上下方向に移動させる。初期間隔は、例えば、対物レンズ１０６とステージ１０２（標本スライド１０１）が最接近した間隔であり、合焦状態が十分にデフォーカスした間隔である。その後、ステップＳ１０３の処理に進む。
【００５６】
（ステップＳ１０３）ステージ駆動部１０３は、ステージ１０２を対物レンズ１０６と離れる方向、つまり合焦する方向に一定距離移動させる。その後、ステップＳ１０４の処理に進む。
（ステップＳ１０４）光路差センサ１１１３は、光路Ａに導かれた標本スライド１０１からの光と、光路Ｂに導かれた標本スライド１０１からの光とを受光し、受光した光を、光の強さに応じたコントラスト信号に光電変換し出力する。続いて、ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号と、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号との値とを加算したコントラスト和信号を算出する。その後、ステップＳ１０４の処理に進む。
【００５７】
（ステップＳ１０５）ＡＦ信号処理部１１２は、ステップＳ１０４の処理で算出したコントラスト和信号が所定の値以上であるか否かを判定する。コントラスト和信号は所定の値以上であるとＡＦ信号処理部１１２が判定した場合、すなわち、光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在する場合にはステップＳ１０７の処理に進み、それ以外の場合にはステップＳ１０６の処理に進む。
（ステップＳ１０６）ＡＦ信号処理部１１２は、対物レンズ１０６とステージ１０２との距離が、最大間隔値以下であるか否かを判定する。最大間隔値は、対物レンズ１０６とステージ１０２とを離すことができる最大の距離値である。対物レンズ１０６とステージ１０２との距離が、最大間隔値以下であるとＡＦ信号処理部１１２が判定した場合にはステップＳ１０３の処理に戻り、それ以外の場合にはステップＳ１０８の処理に進む。
【００５８】
（ステップＳ１０７）ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号と、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号とに基づいて、光路差ＡＦを用いて合焦動作を行う。その後、ステップＳ１０９の処理に進む。
【００５９】
（ステップＳ１０８）カメラ１１０が備える撮像素子１１０１は、標本スライド１０１からの光を受光して撮像信号を出力する。ＡＦ信号処理部１１２は、撮像素子１１０１が出力する撮像信号に基づいて、山登りコントラストＡＦを用いて合焦動作を行う。その後、ステップＳ１０９の処理に進む。
【００６０】
（ステップＳ１０９）カメラ１１０が備える撮像素子１１０１は、部分画像領域を撮像し、撮像信号を画像処理部１１３に対して出力する。画像処理部１１３は、撮像素子１１０１が出力した撮像信号に基づいて部分画像を生成する。その後、ステップＳ１１０の処理に進む。
（ステップＳ１１０）画像処理部１１３は、全ての部分画像を生成したか否かを判定する。全ての部分画像を生成したと画像処理部１１３が判定した場合にはステップＳ１１２の処理に進み、それ以外の場合にはステップＳ１１１の処理に進む。
【００６１】
（ステップＳ１１１）ステージ駆動部１０３は、カメラ１１０の撮像素子１１０１が次の部分画像（例えば、ステップＳ１０９の処理で図５に示した部分画像領域４０１の部分画像を撮像した場合には、部分画像領域４０２の部分画像）を撮像できるように、ステージ１０２（標本スライド１０１）を水平方向に移動させる。その後、ステップＳ１０２の処理に戻る。
（ステップＳ１１２）画像処理部１１３は、ステップＳ１０９の処理で生成した部分画像を合成して１枚の全体画像を生成する。その後、処理を終了する。
【００６２】
上述した通り、本実施形態では、すなわち、ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値以上の場合には、光路差センサ１１１３が出力する信号に基づいてステージ駆動部１０３を駆動させる。また、ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する第１のコントラスト信号と第２のコントラスト信号とが所定の値未満の場合には撮像素子１１０１が出力する撮像信号に基づいてステージ駆動部１０３を駆動させる。
【００６３】
すなわち、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在する場合には、光路差センサ１１１３が出力するコントラスト信号に基づいて光路差ＡＦを用いて合焦動作を行う。また、光路差センサ１１１３の光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在しない場合には、カメラ１１０が備える撮像素子１１０１が出力する撮像信号に基づいて、山登りコントラストＡＦを用いて合焦動作を行う。これにより、被写体が含まれる信号に基づいて合焦動作を行うため、常に合焦状態にある部分画像を撮像することができる。従って、より高速に、確実に合焦処理を行うことができる。
【００６４】
以上、この発明の一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、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。
【００６５】
上述した実施形態では、ＡＦ信号処理部１１２は、光路差センサ１１１３が出力する、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号と、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号との値とを加算したコントラスト和信号を算出する。そして、ＡＦ信号処理部１１２は、算出したコントラスト和信号が所定の値以上である場合には、光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在すると判定し、それ以外の場合には光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在していないと判定しているがこれに限らない。例えば、コントラスト和信号を算出せず、光路Ａに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号と、光路Ｂに導かれて光路差センサ１１１３に入射される光のコントラスト信号との値とのそれぞれと、予め定められた閾値とを比較することによって、光路差ＡＦ視野２０２内に被写体が存在するか否かを判定するようにしてもよい。
【００６６】
また上述した実施形態では、ステージ１０２（標本スライド１０１）と対物レンズ１０６との相対位置を変更する際には、ステージ駆動部１０３がステージ１０２を移動させているが、これに限らない。例えば、対物レンズを移動させる駆動部を備え、ステージ１０２（標本スライド１０１）と対物レンズ１０６との相対位置を変更する際には、駆動部が対物レンズ１０６を移動させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００６７】
１・・・顕微鏡装置、１１・・・後ピン位置、１２・・・前ピン位置、１０１，６０１・・・標本スライド、１０２，６０２・・・ステージ、１０３，６０３・・・ステージ駆動部、１０４，６０４・・・光源、１０５，６０５・・・コンデンサレンズ、１０６，６０６・・・対物レンズ、１０７，７０１，・・・第１のハーフミラー、１０８，７０２・・・第１の結像レンズ、１０９，７０３・・・第２の結像レンズ、１１０，６０８・・・カメラ、１１１，７０４・・・ＡＦユニット、１１２，６０９・・・ＡＦ信号処理部、１１３・・・画像処理部、２００・・・光学系、２０１，９０１・・・被写体、２０２，９０２・・・光路差ＡＦ視野、２０３，９０３・・・撮像視野、４０１〜４１２・・・部分画像領域、４５０・・・全体画像領域、４７０・・・スライドガラス、４７１・・・試料、５０１〜５１２・・・部分画像、５５０・・・全体画像、６００，７００・・・バーチャル顕微鏡装置、６０７・・・結像レンズ、１１０１，６０８１・・・撮像素子、１１１１，７０４１・・・第２のハーフミラー、１１１２，７０４２・・・ミラー、１１１３・・・光路差センサ、７０４３・・・ラインセンサ
【図１】
2013174709.tif 000003
【図２】
2013174709.tif 000004
【図３】
2013174709.tif 000005
【図４】
2013174709.tif 000006
【図５】
2013174709.tif 000007
【図６】
2013174709.tif 000008
【図７】
2013174709.tif 000009
【図８】
2013174709.tif 000010
【図９】
2013174709.tif 000011
【図１０】
2013174709.tif 000012
【図１１】
2013174709.tif 000013