(57)【要約】【課題】バーチャルスライド画像を作成するために、視野内に収まらない大きな撮像対象を高解像度で高速に撮像することが可能な顕微鏡、及び画像取得システムを提供する。【解決手段】対物レンズ８と、対物レンズ８の視野内に収まるように設けられた複数の二次元受光素子１１からなる受光素子群９と、を有しており、試料６の観察画像は、対物レンズ８の視野内の当該試料６の領域を、試料６又は受光素子群９の位置を変更しながら複数回撮像することで取得される。【選択図】図１
2009003016.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズと、前記対物レンズの視野内に収まるように設けられた複数の二次元受光素子からなる受光素子群と、を有しており、
試料の観察画像は、前記対物レンズの視野内の当該試料の領域を、前記試料又は前記受光素子群の位置を変更しながら複数回撮像することで取得されることを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】
前記受光素子群を載置してＸＹ方向へ移動させる受光素子用ステージ、又は、前記試料を載置してＸＹ方向へ移動させる試料用ステージを有していることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
【請求項３】
前記試料の観察画像の取得に際する前記受光素子群の位置の変更は、変更する前の前記受光領域と変更した後の前記受光領域とが一部重複するように行われることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡。
【請求項４】
前記複数の二次元受光素子は、受光領域どうしが所定の間隔をあけて配置されており、
前記受光素子群を構成する前記複数の二次元受光素子の前記受光領域どうしの前記所定の間隔は、以下の条件式を満足することを特徴とする請求項１から請求項３に記載の顕微鏡。
０．７ｅｐ＜ｕ＜ｅｐ
０．７ｆｑ＜ｖ＜ｆｑ
但し、
ｐ    ：前記複数の二次元受光素子の前記受光領域のＸ方向の大きさ
ｑ    ：前記複数の二次元受光素子の前記受光領域のＹ方向の大きさ
ｕ    ：Ｘ方向において対向する前記受光領域どうしの間隔
ｖ    ：Ｙ方向において対向する前記受光領域どうしの間隔
ｅ，ｆ：４以下の自然数
【請求項５】
前記複数の二次元受光素子は、前記受光領域どうしがＸ方向又はＹ方向から見て隙間なく配置されており、
前記試料の観察画像は、前記対物レンズの視野内の当該試料の領域を、前記試料又は前記受光素子群の位置を一方向へのみ変更しながら複数回撮像することで取得されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の顕微鏡と、該顕微鏡で取得された前記試料の観察画像を処理する制御装置と、前記試料の観察画像を表示する表示装置とを有し、
前記顕微鏡は、前記試料の観察画像の取得を、前記試料を順に移動させながら繰り返し行い、
前記制御装置は、前記顕微鏡で取得された前記観察画像どうしを接続することで、前記試料の注目する領域又は前記試料全体の観察画像を作成し、これを前記表示装置に表示させることを特徴とする画像取得システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡及び画像取得システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、被検試料の全体や注目する一部の観察画像を電子化（バーチャルスライド画像として保存）し、これを任意にモニタ上に表示して観察することが可能な所謂バーチャルスライドシステムが注目されている（例えば、特許文献１を参照。）。
【特許文献１】特開平２−４５７３４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、撮像素子の画素ピッチは数μｍ程度であるため、撮像の際、高倍率の対物レンズを用いることが必要となるが、高倍率の対物レンズはその視野が小さい。したがって、バーチャルスライド画像を作成するには、撮像対象を分割して撮像し、撮像した画像をタイリングすることが必要となる。このようにバーチャルスライドシステムでは、撮像対象を多数に分割して撮像する必要があるため、現状ではバーチャルスライド画像の作成に多くの時間を要しているという問題がある。
【０００４】
そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、バーチャルスライド画像を作成するために撮像対象を高速に撮像することが可能な顕微鏡、及び画像取得システム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、
対物レンズと、前記対物レンズの視野内に収まるように設けられた複数の二次元受光素子からなる受光素子群と、を有しており、
試料の観察画像は、前記対物レンズの視野内の当該試料の領域を、前記試料又は前記受光素子群の位置を変更しながら複数回撮像することで取得されることを特徴とする顕微鏡を提供する。
【０００６】
また本発明は、
上記顕微鏡と、該顕微鏡で取得された前記試料の観察画像を処理する制御装置と、前記試料の観察画像を表示する表示装置とを有し、
前記顕微鏡は、前記試料の観察画像の取得を、前記試料を順に移動させながら繰り返し行い、
前記制御装置は、前記顕微鏡で取得された前記観察画像どうしを接続することで、前記試料の注目する領域又は前記試料全体の観察画像を作成し、これを前記表示装置に表示させることを特徴とする画像取得システムを提供する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、バーチャルスライド画像を作成するために撮像対象を高速に撮像することが可能な顕微鏡、及び画像取得システム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、本願の実施形態に係る画像取得システムについて添付図面に基づいて詳細に説明する。
はじめに、本画像取得システムの全体的な構成について図１を参照して説明する。図１は、本願の実施形態に係る画像取得システムの構成を示す図である。
本実施形態に係る画像取得システム１は、バーチャルスライドシステムに好適なシステムであって、図１に示すように顕微鏡２と、該顕微鏡２を制御する制御装置３と、表示装置４とからなる。
【０００９】
顕微鏡２は、光源５ａとレンズ系５ｂを含む照明装置５と、該照明装置５側から順に、被検試料６を載置するための物体側ステージ７と、対物レンズ８と、受光素子群９を載置した像側ステージ１０とを有してなる。
受光素子群９は、対物レンズ８の視野内に収まるように像側ステージ１０上に配置された複数の二次元受光素子１１からなる。なお、この受光素子群９については、後で詳細に説明する。そして、物体側ステージ７及び像側ステージ１０は、それぞれ駆動部７ａ，１０ａを備えており、制御装置３の指示に基づきＸＹ方向（水平方向）、及びＺ方向（垂直方向即ち光軸方向）へ移動することが可能である。さらに、物体側ステージ７には、観察光を通過させるための開口が設けられている。
【００１０】
斯かる構成の下、本顕微鏡２において、照明装置５によって照明された被検試料６からの光は、対物レンズ８によって結像され、これを像側ステージ１０上の受光素子群９が受光することで、被検試料６の画像が撮像されることとなる。ここで、受光素子群９における複数の二次元受光素子１１は、それぞれの受光領域１２どうしを隙間なく隣接して配置することがその構成上不可能であるため、得られる被検試料６の画像は、受光領域１２どうしの隙間に対応する部分が抜け落ちたものとなってしまう。このため、この受光領域１２どうしの隙間を埋めるべく本顕微鏡２では、像側ステージ１０を駆動して受光素子群９の位置を変更しながら被検試料６の同一領域の撮像を複数回行う。そして、撮像された複数の画像どうしを制御装置３が接続することで、抜けのない被検試料６の観察画像を取得することができる。
【００１１】
次に、本画像取得システム１の特徴的な構成をより詳細に説明する。
通常、顕微鏡の視野数は２０〜２５程度であるため、この視野をカバーし得るサイズの受光素子は存在する。しかしながら、被検試料の撮像効率を考慮すれば、対物レンズには実視野が大きな比較的低倍率のものを用いることが好ましい。例えば、対物レンズの倍率が２０倍である場合、被検試料上での長さ０．２５μｍは像面内での長さ５μｍに相当するが、視野数２５は５０００pixに相当することとなるため、１個の二次元受光素子によって視野全体をカバーすることは困難である。そして、被検試料の撮像の更なる高速化を考慮した場合には、顕微鏡の視野数を大きくすることが有効であるものの、大きくした視野全体をカバー可能な受光素子を開発することは困難である。
【００１２】
そこで本画像取得システム１は、上述したように対物レンズ８の視野内に複数の二次元受光素子１１からなる受光素子群９を配置し、一度に複数の画像を撮像する構成としており、これによって撮像に要する時間の大幅な短縮化を図ることができる。
また、受光素子群９における複数の二次元受光素子１１は、上述のように受光領域１２どうしを隙間なく隣接して配置することがその構成上不可能であるため、得られる被検試料６の画像は、受光領域１２どうしの隙間に対応する部分が抜け落ちたものとなってしまう。そこで本画像取得システム１は、この受光領域１２どうしの隙間を埋めるべく、像側ステージ１０を駆動して二次元受光素子１１の位置を変更しながら被検試料６の位置を変更することなく撮像を複数回行うことで、抜けのない被検試料６の観察画像を取得する構成としている。
【００１３】
また、本画像取得システム１において、前述のように被検試料６の位置を変更することなく撮像を二次元受光素子１１の位置を変更しながら複数回行う際には、二次元受光素子１１どうしを後述する適切な所定の間隔をあけて配置しておき、二次元受光素子１１の位置を変更する前の受光領域１２と変更した後の受光領域１２を一部重複させて被検試料６の撮像を行うことが好ましい。これは、二次元受光素子１１の設置位置の誤差、各ステージ７，１０によって二次元受光素子１１や被検試料６を移動させた際の移動誤差、及び対物レンズ８等の歪曲収差等の影響を解消するためである。また、このように被検試料６の位置を変更せずに同一領域の撮像を行うに際して、二次元受光素子１１の位置変更前後で受光領域１２を一部重複させる、即ち受光領域１２に重複領域を設けることによって、被検試料６の同じ部分が複数の二次元受光素子１１で撮像されることとなる。したがって制御装置３は、この情報を用いて画像どうしの位置合わせを行い高精度に接続することが可能となる。
【００１４】
ここで、当該重複領域は、大き過ぎれば撮像効率が低下することとなってしまうため、極力小さいことが好ましい。通常、二次元受光素子における受光領域の各辺の長さは数ｍｍ以上であるのに対し、設置誤差や移動誤差は約１ｍｍ以内に収めることができ、また歪曲収差の大きさは数％以内である。このため、必要な重複領域は、受光領域１２の一辺当たり当該受光領域１２の面積の１５％程度、即ち両辺で３０％程度で十分である。
【００１５】
したがって、本画像取得システム１において、必要な重複領域を確保しながら撮像効率の向上を図るためには、受光素子群９を構成する複数の二次元受光素子１１の受光領域１２どうしの上記所定の間隔（各受光素子の中心間の距離）が、以下の条件式（１）,（２）を満足することが望ましい。
（１）  ０．７ｐ＜ｕ＜ｐ
（２）  ０．７ｑ＜ｖ＜ｑ
但し、
ｐ    ：前記複数の二次元受光素子の前記受光領域のＸ方向の大きさ
ｑ    ：前記複数の二次元受光素子の前記受光領域のＹ方向の大きさ
ｕ    ：Ｘ方向において対向する前記受光領域どうしの間隔（各受光素子の中心間の距離）
ｖ    ：Ｙ方向において対向する前記受光領域どうしの間隔（各受光素子の中心間の距離）
【００１６】
なお、本画像取得システム１において、二次元受光素子１１の受光領域１２どうしの所定の間隔が、上記条件式（１）,（２）の上限値を上回ると、重複領域が無くなり隙間のない画像接続が不可能になってしまう。また、上記条件式（１）,（２）の下限値を下回ると、重複領域が大きくなり過ぎて、撮像効率が低下してしまう。
【００１７】
ここで、二次元受光素子１１の外形に比して受光領域１２が小さい場合には、上記条件式（１）,（２）を満足することができない場合がある。そこで斯かる場合には、本画像取得システム１は、以下の条件式（３）,（４）を満足することが望ましい。
（３）  ０．７ｅｐ＜ｕ＜ｅｐ
（４）  ０．７ｆｑ＜ｖ＜ｆｑ
但し、
ｐ    ：前記複数の二次元受光素子の前記受光領域のＸ方向の大きさ
ｑ    ：前記複数の二次元受光素子の前記受光領域のＹ方向の大きさ
ｕ    ：Ｘ方向において対向する前記受光領域どうしの間隔
ｖ    ：Ｙ方向において対向する前記受光領域どうしの間隔
ｅ，ｆ：４以下の自然数
【００１８】
なお、斯かる場合には、Ｘ方向における受光領域どうしの隙間を埋めるためには、像側ステージ１０によって二次元受光素子１１をＸ方向へｅ回移動させながら撮像を行い、Ｙ方向における隙間を埋めるためには、二次元受光素子１１をＹ方向へｆ回移動させながら撮像を行う必要がある。このため、ｅ，ｆが大きくなり過ぎると、視野内において受光領域の占める比率が低下し、撮像効率の悪化の影響が大きくなるため、ｅ，ｆは４以下の自然数とする。なお、本画像取得システム１において、二次元受光素子１１の受光領域１２どうしの所定の間隔（各受光素子の中心間の距離）が、当該条件式（３）,（４）の上限値又は下限値を越えると、上記条件式（１）,（２）を満足しない場合と同様の結果を招くこととなってしまう。
【００１９】
以上の条件を満足する本画像取得システム１の数値実施例を以下に示す。
本画像取得システム１は、被検試料６の１０×１０ｍｍの範囲を撮像対象とし、これを０．２５μｍの撮像分解能で撮像するものとする。
顕微鏡２の受光素子群９を構成する二次元受光素子１１には、５μｍピッチで１３９２×１０４０個の画素を有するものを採用しており、受光領域１２のサイズは６．９６ｍｍ（＝Ｘ方向の大きさｐ）×５．２０ｍｍ（＝Ｙ方向の大きさｑ）である。
これに対し対物レンズ８には、前述の撮像分解能を達成するために、倍率が２０倍で視野直径が２．４ｍｍのものを採用している。
【００２０】
受光素子群９は、前述したサイズの二次元受光素子１１を対物レンズ８の視野内に収まるように像側ステージ１０上に長方形状に３行３列、計９個配置してなる。詳しくは、この９個の二次元受光素子１１は、それぞれの受光領域１２が図２に示す撮像領域Ｈのポジションａに位置するように配置されており、Ｘ方向において対向する受光領域１２どうしの間隔ｕが１２．８ｍｍ、Ｙ方向において対向する受光領域１２どうしの間隔ｖが９．６ｍｍとなるように相対位置が固定されている。
なお、図２は、本願の実施形態に係る画像取得システム１における顕微鏡２の撮像領域Ｈ、受光素子群９を構成する各二次元受光素子１１の受光領域１２の配置、及び撮像時の当該受光領域１２の移動方向を示す図である。また、図１中には、簡単のために二次元受光素子１１は４つのみ示されている。
この場合、像面上での視野直径は４８ｍｍとなり、当該対物レンズ８のイメージサークルは、１つの二次元受光素子１１の受光領域１２の大きさの６×６倍に相当する。
【００２１】
以上の構成の下、本画像取得システム１で被検試料６の撮像を行う際の撮像手順を説明する。
予め使用者は、物体側ステージ７によって被検試料６を移動させて位置を調整し、その位置を固定する。この下で本画像取得システム１は、像側ステージ１０によって図２のポジションａに位置する各二次元受光素子１１を−Ｙ方向（ポジションｂ）、Ｘ方向（ポジションｃ）、Ｙ方向（ポジションｄ）へと順に移動させ、各ポジションにおいて全ての二次元受光素子１１が被検試料６の撮像を行う。
このように本画像取得システム１は、被検試料６の対物レンズ８の視野内の特定領域の撮像を受光素子群９の位置を変更（又は被検試料６の位置を変更）しながら計４回行うことで、二次元受光素子１１の受光領域１２どうしの隙間をカバーして撮像領域Ｈ全体の撮像が実現されるため、抜けのない被検試料６の観察画像を取得することができる。
【００２２】
なお、図２には、各二次元受光素子１１のポジションの変更が、ポジション変更後の受光領域１２が変更前の受光領域１２と重複しないように行われているように描かれている。しかしながら実際には、各二次元受光素子１１のポジションの変更は、上述したように像側ステージ１０の移動誤差等の影響を解消するべく、ポジション変更前後の受光領域１２どうしが一部重複するように、詳しくは重複領域が受光領域１２の１５％程度となるように行われる。
【００２３】
次に、本画像取得システム１は、物体側ステージ７によって被検試料６の位置を変更して前述した撮像を再度行い、これを繰り返すことで被検試料６全体の撮像を行う。
ここで、本実施形態において、図２に示した本画像取得システム１の撮像領域Ｈの大きさは被検試料６上に換算して１．９２×１．４４ｍｍ（重複を除いた値）であり、撮像対象は上述したように被検試料６の１０×１０ｍｍの領域である。
したがって、本画像取得システム１は、被検試料６の位置の変更をして行った撮像を１セットとすると６×７回のセットで繰り返し実施することで、撮像対象全体を撮像できることとなる。なお、本実施形態において、物体側ステージ７による被検試料６の位置の変更は、図３に示す順序で行われる。図３は、本願の実施形態に係る画像取得システム１の顕微鏡２において、被検試料６の位置の変更順序を示す図である。
以上より、本画像取得システム１は、単一の受光素子を用いた従来の顕微鏡に比して、約９倍の速度で被検試料６の撮像を行うことが可能となる。
【００２４】
本画像取得システム１において制御装置３は、各二次元受光素子１１で撮像された画像を当該制御装置３内の不図示の記憶部に保存する際には、各二次元受光素子１１の相互位置の情報や、物体側ステージ７及び像側ステージ１０の移動量の情報等に基づいて画像どうしをタイリングし、１枚の観察画像として保存する。これにより、本画像取得システム１は、表示装置４に観察画像を表示する際には、比較的高倍率でありシームレスな見やすいマクロ観察画像を表示することが可能となる。これは特に、被検試料６の広い領域の観察画像を表示する場合や、被検試料６の狭い領域を拡大して表示する場合に有効である。
【００２５】
なお、本画像取得システム１は、各二次元受光素子１１で撮像された画像を接続して比較的少ない枚数の画像として保存、又は画像を接続せずに個別に保存して、表示装置４に観察画像を表示する際には、制御装置３がその都度画像を見かけ上タイリングして表示する構成とすることもできる。この構成は、記憶部に保存される画像の数は多くなるものの、巨大な画像を作成せずに済むという利点がある。
【００２６】
また、本画像取得システム１では、顕微鏡２の受光素子群９は上述した構成に限られるものではない。例えば、２行１列の二次元受光素子１１に３行１列の二次元受光素子１１をＹ方向へずらして配置してなる組み合わせを、対物レンズ８の視野内に収まるように像側ステージ１０上に３組並べた計１５個の二次元受光素子１１によって受光素子群９を構成することもできる。詳しくは、この１５個の二次元受光素子１１は、それぞれの受光領域１２が図４に示す撮像領域Ｈのポジションａに位置するように配置されており、Ｘ方向において対向する受光領域１２どうしの間隔ｕが１２．８ｍｍ、Ｙ方向において対向する受光領域１２どうしの間隔ｖが７．２ｍｍとなるように相対位置が固定されている。なお、図４に示すように１５個の二次元受光素子１１のうちの３個は、撮像領域外に位置している。
【００２７】
斯かる構成の場合、本画像取得システム１による被検試料６の撮像は、像側ステージ１０によって図４のポジションａに位置する各二次元受光素子１１をＹ方向（ポジションｂ）、Ｙ方向（ポジションｃ）へ順に移動させ、各ポジションにおいて全ての二次元受光素子１１が被検試料６の撮像を行うことで達成される。
したがって、本画像取得システム１は、各二次元受光素子１１の受光領域１２どうしがＹ方向から見て隙間なく配置されており、受光素子群９の移動方向を一方向のみとすることができるため、像側ステージ１０の機構を簡略化することができ、また移動時間の短縮化を図ることもできる。また、被検試料６の同一領域の撮像を計３回行うことで、抜けのない被検試料６の観察画像を得ることができるため、単一の受光素子を用いた従来の顕微鏡に比して、約１２倍の速度で被検試料６の撮像を行うことができる。
なお、図４は、本願の実施形態に係る画像取得システム１における顕微鏡２の撮像領域Ｈ、受光素子群９を構成する各二次元受光素子１１の受光領域１２の配置の変形例、及び撮像時の当該受光領域１２の移動方向を示す図である。
【００２８】
また、本画像取得システム１では、上述のように被検試料６の撮像は、受光素子群９を構成する各二次元受光素子１１の受光領域１２どうしの隙間をカバーするために、像側ステージ１０によって受光素子群９の位置を変更させながら被検試料６の同一領域を複数回撮像することで行われる。しかしながら本画像取得システム１の構成はこれに限られず、像側ステージ１０の位置を固定し、物体側ステージ７によって被検試料６の位置を変更させながら被検試料６の同一領域を複数回撮像する構成としてもよい。
【００２９】
以上、本実施形態によれば、バーチャルスライド画像を作成するために、視野内に収まらない大きな撮像対象を高解像度で高速に撮像することが可能な顕微鏡、及び画像取得システムを実現することができる。またこれにより、観察画像の電子化の高速化が図られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本願の実施形態に係る画像取得システム１の構成を示す図である。
【図２】本願の実施形態に係る画像取得システム１における顕微鏡２の撮像領域Ｈ、受光素子群９を構成する各二次元受光素子１１の受光領域１２の配置、及び撮像時の当該受光領域１２の移動方向を示す図である。
【図３】本願の実施形態に係る画像取得システム１の顕微鏡２において、被検試料６の位置の変更順序を示す図である。
【図４】本願の実施形態に係る画像取得システム１における顕微鏡２の撮像領域Ｈ、受光素子群９を構成する各二次元受光素子１１の受光領域１２の配置の変形例、及び撮像時の当該受光領域１２の移動方向を示す図である。
【符号の説明】
【００３１】
１    画像取得システム
２    顕微鏡
３    制御装置
４    表示装置
５    照明装置
６    被検試料
７    物体側ステージ
８    対物レンズ
９    受光素子群
１０  像側ステージ
１１  受光素子
１２  受光領域
Ｈ    撮像領域
【図１】
2009003016.tif 000003
【図２】
2009003016.tif 000004
【図３】
2009003016.tif 000005
【図４】
2009003016.tif 000006