(57)【要約】【課題】撮像時の照明が標本に与える影響を抑制する。【解決手段】顕微鏡画像取得装置１１は、標本に光を照射する照明光源２６と、標本からの光を拡大する光学系を介して、標本を撮像する撮像素子３３と、撮像素子３３が標本を撮像する際のシャッタ時間を設定する制御装置１５とを備える。制御装置１５は、撮像素子３３が１フレーム分の画像を撮像するのに必要な１フレーム時間未満に、シャッタ時間が設定されることを禁止する。また、シャッタ時間が、１フレーム時間に設定されている場合、照明光源２６による光の光量を調整することにより、撮像素子３３により撮像される画像の露光量を調整する。本発明は、例えば、タイムラプス画像撮像装置に適用できる。【選択図】図１
2009122431.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
標本の顕微鏡画像を取得する顕微鏡画像取得装置において、
前記標本に光を照射する照明手段と、
前記標本からの光学像を拡大する光学系を介して、前記標本を撮像する撮像手段と、
前記撮像手段からの出力信号に基づいて、前記撮像手段のシャッタ時間を設定する際に、前記撮像手段が１フレーム分の画像を撮像するのに必要な１フレーム時間未満に、前記シャッタ時間が設定されることを禁止するシャッタ時間設定手段と
を備えることを特徴とする顕微鏡画像取得装置。
【請求項２】
前記シャッタ時間が、前記１フレーム時間に設定されている場合、
前記照明手段による光の光量を調整することにより、前記撮像手段により撮像される画像の露光量を調整する
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像取得装置。
【請求項３】
外部からの光が遮断され、前記照明手段からの光のみが前記標本に照射される遮光構造である
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像取得装置。
【請求項４】
前記シャッタ時間設定手段は、前記シャッタ時間を前記１フレーム時間の整数倍に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像取得装置。
【請求項５】
前記撮像手段が静止画像を撮像するときに前記撮像手段の露光時間に同期した点灯タイミング信号を生成する露光時間制御手段と、
前記点灯タイミング信号に基づいて、前記照明手段による光の照射を制御する照明点灯制御手段と
をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像取得装置。
【請求項６】
前記撮像手段は、あらかじめ設定されているスケジュールに従って、前記標本の経時的な変化を一定間隔で繰り返して撮像する
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像取得装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡画像取得装置に関し、特に、撮像時の照明が標本に与える影響を抑制することができるようにした顕微鏡画像取得装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、培養容器中で培養されている細胞などの標本を拡大して観察するための顕微鏡と、
顕微鏡を介して標本を撮像する撮像装置とを備えた顕微鏡画像取得装置がある。
【０００３】
顕微鏡画像取得装置では、撮像装置により撮像される顕微鏡画像の露出を調整するために、標本に光を照射する照明装置の光量、並びに、撮像装置の露光時間（シャッタ時間）および感度（増幅度）を、それぞれ個別に設定することができる。ユーザは、顕微鏡画像を確認しながら、使用状況に応じて適正な露出となるように、照明装置の光量、並びに、撮像装置の露出時間および感度を任意に設定する。
【０００４】
このように、顕微鏡画像取得装置では、照明装置の光量、並びに、撮像装置の露出時間および感度の設定を自由に組み合わせることができるので、適正な露出で顕微鏡画像を撮像するための組み合わせは無限にある。従って、顕微鏡画像取得装置を使い慣れていないユーザは、適正な露出を得るために、例えば、照明装置の光量を過度に大きく設定し、撮像装置の露出時間を短く設定することがある。
【０００５】
このように設定された場合、顕微鏡画像取得装置では、標本に照射される強い光による明るい光学像が撮像装置に入射しても、撮像装置の電子シャッタまたはメカニカルシャッタにより過剰な露光量を排出することができるので、適正な露出の顕微鏡画像を取得することができる。
【０００６】
ここで、特許文献１には、撮像装置のシャッタ時間に応じて、照明装置の光量を調整することができる顕微鏡が開示されている。
【０００７】
【特許文献１】特開２００６−２１８１０４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、顕微鏡画像取得装置において、撮像の対象となる標本が生細胞であって、その経時的な変化を一定時間間隔で繰り返して長時間の撮像記録を行う、いわゆるタイムラプス画像記録を行うとき、強い照射による光刺激により、生細胞の振る舞いに影響が出ることがある。このような強い照射による光刺激が生細胞に与える影響が大きい場合には、細胞の本来の活動を、正確に観察することができなくなることや、生細胞の寿命が短くなることがある。
【０００９】
本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、撮像時の照明が標本に与える影響を抑制することができるようにするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の顕微鏡画像取得装置は、標本の顕微鏡画像を取得する顕微鏡画像取得装置であって、前記標本に光を照射する照明手段と、前記標本からの光学像を拡大する光学系を介して、前記標本を撮像する撮像手段と、前記撮像手段からの出力信号に基づいて、前記撮像手段のシャッタ時間を設定する際に、前記撮像手段が１フレーム分の画像を撮像するのに必要な１フレーム時間未満に、前記シャッタ時間が設定されることを禁止するシャッタ時間設定手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の顕微鏡画像取得装置においては、照明手段が標本に光を照射し、撮像手段が、標本からの光学像を拡大する光学系を介して標本を撮像する。そして、シャッタ時間設定手段により、撮像手段からの出力信号に基づいて、撮像手段のシャッタ時間が設定される際に、撮像手段が１フレーム分の画像を撮像するのに必要な１フレーム時間未満に、シャッタ時間が設定されることが禁止される。
【発明の効果】
【００１２】
本発明の顕微鏡画像取得装置によれば、シャッタ時間が１フレーム時間未満に設定されることを禁止することにより、必要以上に強い光が標本に照射されないようにすることで、撮像時の照明が標本に与える影響を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
図１は、本発明を適用した顕微鏡画像取得装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【００１５】
図１において、顕微鏡画像取得装置１１は、細胞を培養するのに適した環境に維持されているインキュベータ（図示せず）を備えた観察装置１２に内蔵されている顕微鏡装置１３および撮像装置１４、並びに、顕微鏡装置１３および撮像装置１４を制御する制御装置１５から構成される。顕微鏡画像取得装置１１は、インキュベータ内で培養されている細胞の経時的な変化を、ユーザにより設定されたスケジュールに従って、一定間隔で繰り返して撮像し記録するタイムラプス画像記録を行う。
【００１６】
顕微鏡装置１３および撮像装置１４は、図示しない通信ケーブルを介して制御装置１５と接続されている。また、制御装置１５には、GUI（Graphical User Interface）や顕微鏡画像などを表示する表示部１６、撮像装置１４により撮像される顕微鏡画像などを記録する記録装置１７、並びに、ユーザの操作に応じた操作信号を制御装置１５に入力するキーボード１８およびマウス１９が接続されている。
【００１７】
顕微鏡装置１３は、通信I/F（Interface）２１、顕微鏡駆動回路２２、顕微鏡電動機構２３、照明強度制御回路２４、照明点灯制御回路２５、照明光源２６、および顕微鏡制御部２７から構成される。
【００１８】
通信I/F２１は、例えば、USB（Universal Serial Bus）など規格に準拠したインタフェースであり、制御装置１５が備える通信I/F１５ａとの通信を行う。
【００１９】
顕微鏡駆動回路２２は、顕微鏡制御部２７の制御に従い、顕微鏡電動機構２３が有する電動機構を駆動する。
【００２０】
顕微鏡電動機構２３は、細胞が培養されている培養容器が載置されるステージや、細胞を観察するための光学系のフォーカスおよび倍率を調整するレンズなどを駆動させる電動機構（図示せず）を有しており、顕微鏡駆動回路２２の制御に従い、ステージを移動させたり、光学系のフォーカスおよび倍率を調整する。
【００２１】
照明強度制御回路２４は、顕微鏡制御部２７の制御に従い、照明光源２６が細胞に照射する光の強度を制御する。
【００２２】
照明点灯制御回路２５は、顕微鏡制御部２７の制御に従い、照明光源２６の点灯のタイミングを制御する。また、照明点灯制御回路２５は、撮像装置１４の露光時間制御回路３２から、撮像素子３３の露光時間に応じた点灯タイミング信号が供給されると、その点灯タイミング信号に従って、照明光源２６の点灯のタイミングを制御する。
【００２３】
照明光源２６は、照明強度制御回路２４の制御に従った強度で、照明点灯制御回路２５の制御に従ったタイミングで、観察の対象となる細胞に光を照射する。
【００２４】
顕微鏡制御部２７は、通信I/F２１を介して制御装置１５と通信を行い、制御装置１５からの指令に応じて、顕微鏡駆動回路２２、照明強度制御回路２４、または照明点灯制御回路２５を制御する。
【００２５】
例えば、顕微鏡制御部２７には、ユーザがキーボード１８またはマウス１９を操作して照明強度を設定すると、その照明強度を指定するコマンドが、通信I/F１５ａおよび通信I/F２１を介して制御装置１５から供給される。顕微鏡制御部２７は、制御装置１５からのコマンドに基づいた照明強度で照明光源２６による光が細胞に照射されるように照明強度制御回路２４を制御し、照明点灯制御回路２５を制御して照明光源２６を点灯させる。
【００２６】
また、顕微鏡制御部２７は、照明光源２６の点灯モードを、連続的に点灯する連続点灯モード、消灯する消灯モード、または、撮像装置１４の露光時間制御回路３２から照明点灯制御回路２５に供給される点灯タイミング信号に従って点灯する点灯タイミングモードの３つのモードのいずれかに設定する。
【００２７】
また、顕微鏡制御部２７には、ユーザがキーボード１８またはマウス１９を操作して、ステージを移動させたり、光学系のフォーカスおよび倍率を設定したりすると、ユーザの操作に応じたコマンドが制御装置１５から供給される。顕微鏡制御部２７は、制御装置１５からのコマンドに基づいて、顕微鏡駆動回路２２を制御し、顕微鏡駆動回路２２は、顕微鏡電動機構２３を駆動させて、ステージを移動させたり、光学系のフォーカスおよび倍率を調整する。
【００２８】
撮像装置１４は、通信I/F３１、露光時間制御回路３２、撮像素子３３、増幅度制御回路３４、画像処理回路３５、および撮像制御部３６から構成される。
【００２９】
通信I/F３１は、通信I/F２１と同様に、制御装置１５が備える通信I/F１５ｂとの通信を行う。
【００３０】
露光時間制御回路３２は、撮像素子３３が撮像制御部３６からの制御に応じた露光時間（シャッタ時間）で画像を撮像するように、撮像素子３３が１フレーム分の画像を撮像するのに必要な１フレーム時間を表す読み出しタイミング信号に従って、撮像素子３３を制御する。また、露光時間制御回路３２は、撮像素子３３の露光時間に応じた点灯タイミング信号を生成し、照明点灯制御回路２５に供給する。
【００３１】
撮像素子３３は、例えば、二次元CCD（Charge Coupled Device）、二次元CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサなどにより構成され、細胞からの光学像を拡大する光学系である顕微鏡（図示せず）を介して細胞を撮像し、その撮像によって得られる顕微鏡画像信号を、増幅度制御回路３４に供給する。
【００３２】
増幅度制御回路３４は、撮像制御部３６からの制御に応じた増幅度で、撮像素子３３から供給される顕微鏡画像信号を増幅し、A/D(Analog/Digital)変換した後、画像処理回路３５に供給する。
【００３３】
画像処理回路３５は、増幅度制御回路３４により増幅されてデジタル化された顕微鏡画像信号（を表す電気信号）から、画像を組み立てる画像処理を施し、画像処理が施された顕微鏡画像を撮像制御部３６に供給する。画像処理回路３５から撮像制御部３６に供給される顕微鏡画像は、通信I/F３１および通信I/F１５ｂを介して制御装置１５に供給され、制御装置１５により、表示のための処理が施されて、表示部１６に表示される。
【００３４】
撮像制御部３６は、通信I/F３１を介して制御装置１５との通信を行い、制御装置１５から供給されるコマンドに応じて、露光時間制御回路３２、増幅度制御回路３４、または画像処理回路３５を制御する。
【００３５】
例えば、撮像制御部３６には、ユーザがキーボード１８またはマウス１９を操作して露光時間または増幅度を設定すると、その露光時間または増幅度を指定するコマンドが、通信I/F１５ｂおよび通信I/F３１を介して制御装置１５から供給される。撮像制御部３６は、制御装置１５からのコマンドに基づいた露光時間（シャッタ時間）で撮像素子３３による撮像が行われるように、露光時間制御回路３２を制御する。また、撮像制御部３６は、制御装置１５からのコマンドに基づいて、増幅度制御回路３４に増幅度を設定する。
【００３６】
また、撮像制御部３６は、タイムラプス画像記録のスケジュールに従って、画像取得を指示するコマンドや、撮像結果（顕微鏡画像）を読み出すコマンドなどが制御装置１５から供給されると、それらのコマンドに従って、撮像素子３３に標本（細胞）を撮像させ、制御装置１５に供給する。
【００３７】
制御装置１５は、例えば、顕微鏡画像取得装置１１を制御するための制御プログラムを実行するパーソナルコンピュータにより構成され、CPU（Central Processing Unit）、ROM（Read Only Memory）、およびRAM（Random Access Memory）を備えており、ROMや記録装置１７に記憶（記録）されているプログラムをRAMにロードして、CPUにより実行することにより、顕微鏡画像取得装置１１の各ブロックを制御する。
【００３８】
例えば、制御装置１５は、ユーザに各種の設定値を入力させるプログラムに従って、表示部１６に設定値を入力させる画面を表示させ、ユーザにより、シャッタ時間などの設定値が入力されると、その設定値を撮像制御部３６に供給して設定させる。また、このとき制御装置１５は、シャッタ時間などの設定値が所定の範囲内に設定されるように、ユーザによる入力を規制（禁止）することができる。
【００３９】
次に、図２は、図１の表示部１６に表示される画面の表示例を示す図である。
【００４０】
表示部１６には、撮像装置１４により撮像された顕微鏡画像を表示する撮像画像表示部４１、細胞が培養されている培養容器が載置されるステージの移動や、細胞を観察するための光学系のフォーカスおよび倍率の調整などの操作をするためのGUIが表示される顕微鏡操作GUI表示部４２、顕微鏡画像取得装置１１が備えるインキュベータ内の温度や、湿度、二酸化炭素濃度などの培養環境状態を表示し、その培養環境状態を操作するための状態表示GUI表示部４３、並びに、撮像装置１４により撮像される標本（細胞）の露光を調整するための露光調整GUI表示部４４が表示される。
【００４１】
露光調整GUI表示部４４には、照明光源２６が細胞に照射する光の強度を入力するための照明強度入力部４５、撮像素子３３が撮像する際のシャッタ時間を入力するためのシャッタ時間入力部４６、増幅度制御回路３４が顕微鏡画像を増幅する際の増幅度を入力するための増幅度入力部４７が表示される。
【００４２】
例えば、ユーザは、撮像画像表示部４１に表示される顕微鏡画像を参照しながら、図１のマウス１９を操作し、照明強度入力部４５に表示されているスライダ、または、シャッタ時間入力部４６に表示されているスライダを移動させ、撮像装置１４により撮像される標本の露光量を調整する。
【００４３】
例えば、照明強度入力部４５のスライダを左方向に移動させると、照明光源２６の照明強度が低く設定され、シャッタ時間入力部４６のスライダを左方向に移動させると、撮像素子３３のシャッタ時間が短く設定されて、これにより、撮像装置１４により撮像される標本の露光量が低下する。一方、照明強度入力部４５のスライダを右方向に移動させると、照明光源２６の照明強度が高く設定され、シャッタ時間入力部４６のスライダを右方向に移動させると、撮像素子３３のシャッタ時間が長く設定されて、撮像装置１４により撮像される標本の露光量が増加する。
【００４４】
また、増幅度入力部４７のスライダを左方向に移動させると、増幅度制御回路３４による増幅度が低く設定され、顕微鏡画像の明るさが低下する。一方、増幅度入力部４７のスライダを右方向に移動させると、増幅度制御回路３４による増幅が高く設定され、顕微鏡画像の明るさが増加する。
【００４５】
ここで、顕微鏡画像取得装置１１では、撮像素子３３のシャッタ時間が、１フレーム分の画像を撮像するのに必要な１フレーム時間（例えば、１／１５秒）未満に設定することができないように、制御装置１５による制御が行われている。即ち、制御装置１５は、撮像素子３３のシャッタ時間が、１フレーム時間未満に設定されることを禁止するシャッタ時間設定手段として機能する。
【００４６】
例えば、制御装置１５は、ユーザが、露光量を低下させるために、シャッタ時間入力部４６のスライダを左端まで移動させたとしても、シャッタ時間は１フレーム時間までしか短くすることができないようなシャッタ時間入力部４６を表示部１６に表示する。または、制御装置１５は、ユーザが１フレーム時間未満のシャッタ時間を設定しときには、エラーメッセージを表示して、シャッタ時間を１フレーム時間に設定する。
【００４７】
シャッタ時間が１フレーム時間以上に制限されている場合、標本の光学像が明るいときには、露光過剰となることがあるが、この場合、ユーザは、照明強度入力部４５のスライダを左方向に移動させて、照明光源２６の照明強度を低下させることで、適正な露出となるように、露光量を調整することができる。即ち、必要以上に強い光が細胞に照射されているときには、シャッタ時間が１フレーム時間未満に設定されることが禁止されているので、ユーザは、適正な露出を得るために、必然的に、光の照射強度を低下させる操作を行う。
【００４８】
このように、制御装置１５が、撮像素子３３のシャッタ時間が１フレーム時間未満に設定されることを禁止することで、顕微鏡画像取得装置１１では、必要以上に明るい光が細胞に照射されることを回避し、これにより、照明が標本に与える影響を抑制することができる。
【００４９】
ここで、図３および図４を参照して、照明強度と撮像素子の電荷蓄積量との関係について説明する。
【００５０】
図３は、照明光源２６の照明強度と、撮像素子３３に蓄積される電荷の電荷蓄積量との関係を示す図であり、撮像素子３３のシャッタ時間が１フレーム時間に設定されている。
【００５１】
図３には、上から順に、照明光源２６が細胞に照射する光の強度を表す照明強度、撮像素子３３の１フレーム時間のタイミングを表す読み出しタイミング信号、撮像素子３３に蓄積される不要な電荷を排出させるタイミングを表す電荷排出パルス信号、撮像素子３３に蓄積される電荷の蓄積量を表すセンサ電荷蓄積量が示されている。
【００５２】
撮像素子３３により撮像される画像の露光量は、照明強度とシャッタ時間との積により決定されるので、撮像素子３３のシャッタ時間が、１フレーム時間に設定されている場合に、露光過剰であるときには、照明光源２６の照明強度が低く（例えば、照明強度Ｌ1）設定することで、適正な露出の画像を撮像することができる。また、撮像素子３３のシャッタ時間が１フレーム時間に設定されているので、不要な電荷を排出は行われない。
【００５３】
これに対して、図４は、従来の顕微鏡画像取得装置における照明強度と撮像素子に蓄積される電荷の電荷蓄積量との関係を示す図であり、撮像素子のシャッタ時間が１フレーム時間未満に設定されている。図４には、図３と同様に、上から順に、照明強度、読み出しタイミング信号、電荷排出パルス信号、センサ電荷蓄積量が示されている。
【００５４】
図４に示すように、撮像素子のシャッタ時間が、１フレーム時間未満に設定されているときには、電荷排出パルス信号に従って、シャッタ時間以外に撮像素子に蓄積される電荷が排出される。
【００５５】
従来の顕微鏡画像取得装置では、撮像素子のシャッタ時間が、１フレーム時間未満であっても、照明強度を高く（例えば、図３の照明強度Ｌ1よりも高い照明強度Ｌ2に）設定することで、適正な露出の画像を撮像することができる。しかしながら、この場合、照明が細胞に与える悪影響が大きくなり、例えば、細胞の寿命が短くなってしまう。
【００５６】
これに対し、顕微鏡画像取得装置１１では、撮像素子３３のシャッタ時間が１フレーム時間未満に設定されることを禁止することで、細胞に照射される光の照射強度を強く設定することが回避され、撮像素子３３の過剰な電荷を排出するという無駄なこともない。従って、例えば、照明の影響により細胞の寿命が短くなることを抑制することができる。
【００５７】
なお、顕微鏡画像取得装置１１では、照明光源２６の照明強度が比較的に低く設定されるため、顕微鏡画像取得装置１１が設置された環境が明室である場合には、顕微鏡画像取得装置１１は、室内の明かりの影響、即ち、外乱光の影響を受けやすくなる。従って、顕微鏡画像取得装置１１の全体を遮光カバーなどで遮蔽することにより、顕微鏡画像取得装置１１が、外部の光の影響を受けないようにすることで、適正な露出の画像を取得することができる。
【００５８】
また、顕微鏡画像取得装置１１では、シャッタ時間を１フレーム時間以上に設定するときには、制御装置１５は、例えば、シャッタ時間を１フレーム時間の整数倍になるように制御する。これにより、シャッタ時間が１フレーム時間以上である場合にも、撮像素子３３の過剰な電荷が排出されることを回避し、細胞の劣化を抑制することができる。
【００５９】
図５は、照明光源２６の照明強度と、撮像素子３３に蓄積される電荷の電荷蓄積量との関係を示す図であり、撮像素子３３のシャッタ時間が２フレーム時間に設定されている。
【００６０】
図５には、図３と同様に、上から順に、照明強度、読み出しタイミング信号、電荷排出パルス信号、センサ電荷蓄積量が示されている。撮像素子３３のシャッタ時間が、２フレーム時間に設定されているときにも、図５に示すように、読み出しタイミング信号による撮像素子３３の電荷の排出は行われない。
【００６１】
また、以上のように構成される顕微鏡画像取得装置１１では、ユーザが、表示部１６の撮像画像表示部４１（図２）に表示されている顕微鏡画像を参照し、露光調整GUI表示部４４を利用して、タイムラプス画像記録における顕微鏡画像の明るさを調整する。そして、タイムラプス画像記録では、顕微鏡画像が１枚ずつ撮像される。
【００６２】
次に、図６を参照して、顕微鏡画像が１枚ずつ撮像されるときの、顕微鏡画像取得装置１１の動作タイミングについて説明する。
【００６３】
タイムラプス画像記録のスケジュールに従って、顕微鏡画像を記録するタイミングになると、撮像制御部３６は、画像の撮像を指示する画像キャプチャタイミング信号を露光時間制御回路３２に供給する。ここで、そのタイミングで撮像される顕微鏡画像の撮像条件として、照明光源２６が照射する光の強度が、照明強度Ｌ1に設定され、撮像素子３３のシャッタ時間が、１フレーム時間に設定されているとする。
【００６４】
顕微鏡制御部２７は、照明強度Ｌ1を照明強度制御回路２４に設定するとともに、露光時間制御回路３２からの点灯タイミング信号に応じたタイミングで照明光源２６を点灯するように照明点灯制御回路２５を制御する。
【００６５】
露光時間制御回路３２は、撮像制御部３６から画像キャプチャタイミング信号が供給された直後の読み出しタイミング信号から１フレーム時間だけＨレベルとなる点灯タイミング信号を生成して、照明点灯制御回路２５に供給するとともに、その１フレーム時間で画像を撮像するように撮像素子３３を制御する。
【００６６】
このような制御により、撮像素子３３には、図６に示すタイミングで電荷が蓄積され、これにより、１枚の顕微鏡画像が撮像される。
【００６７】
なお、顕微鏡画像取得装置１１では、図２を参照して説明したように、ユーザが、照明光源２６の照明強度と撮像素子３３のシャッタ時間との両方を設定することにより、顕微鏡画像の露光量を調整する他、例えば、顕微鏡画像の明るさを設定し、制御装置１５が、その明るさの設定値に基づいて、照明光源２６の照明強度と撮像素子３３のシャッタ時間とを決定することにより、顕微鏡画像の露光量を調整することができる。
【００６８】
顕微鏡画像取得装置１１の動作モードが、ユーザにより、照明光源２６の照明強度と撮像素子３３のシャッタ時間とが設定されるマニュアルモードであるときと、制御装置１５により、ユーザが入力した明るさの設定値に基づいて照明光源２６の照明強度と撮像素子３３のシャッタ時間とが決定されるプログラムモードであるときとでは、表示部１６に表示される露光調整GUI表示部４４（図２）の表示が変更される。
【００６９】
図７を参照して、マニュアルモードおよびプログラムモードの露光調整GUI表示部４４について説明する。
【００７０】
図７Ａには、顕微鏡画像取得装置１１の動作モードがマニュアルモードであるときの露光調整GUI表示部４４ａが示されており、図７Ｂには、顕微鏡画像取得装置１１の動作モードがプログラムモードであるときの露光調整GUI表示部４４ｂが示されている。
【００７１】
露光調整GUI表示部４４ａには、図２の露光調整GUI表示部４４と同様に、照明強度入力部４５、シャッタ時間入力部４６、および増幅度入力部４７が表示されているとともに、その上部分に、モード選択GUI表示部４８が表示されている。モード選択GUI表示部４８には、マニュアルモードとプログラムモードとを選択するトグルボタンが表示されており、露光調整GUI表示部４４ａのモード選択GUI表示部４８は、マニュアルモードが選択されていることを示している。
【００７２】
また、露光調整GUI表示部４４ｂには、増幅度入力部４７、モード選択GUI表示部４８、および明るさ調整GUI表示部４９が表示されている。露光調整GUI表示部４４ｂのモード選択GUI表示部４８は、プログラムモードが選択されていることを示している。明るさ調整GUI表示部４９には、撮像素子３３により撮像される画像の明るさを入力するためのスライダと、そのスライダにより入力された明るさに基づいて決定される照明強度およびシャッタ時間とが表示されている。
【００７３】
ユーザは、マウス１９を操作して明るさ調整GUI表示部４９のスライダを移動させることで、顕微鏡画像の明るさを指定する。そして、明るさ調整GUI表示部４９のスライダの位置に応じた画像の明るさを指定する露光ステップ値が制御装置１５に入力され、制御装置１５は、その露光ステップ値に基づいて、照明強度およびシャッタ時間を決定する。
【００７４】
次に、図８を参照して、制御装置１５が、露光ステップ値Ｓに基づいて、照明強度Ｌおよびシャッタ時間Ｔを決定する方法について説明する。
【００７５】
図８において、横軸が露光ステップ値Ｓを示し、縦軸が照明強度Ｌ、シャッタ時間Ｔ、および受光素子露光量Ｅを示している。
【００７６】
露光ステップ値Ｓは、上述したように、ユーザの操作に応じて制御装置１５に入力される顕微鏡画像の明るさを指定する値である。顕微鏡画像の明るさは、撮像素子３３が受光する光の量である受光素子露光量Ｅに応じて決定されるので、受光素子露光量Ｅは、露光ステップ値Ｓに比例する関係にある。
【００７７】
また、顕微鏡画像取得装置１１では、その動作モードがプログラムモードであるとき、シャッタ時間Ｔが１フレーム時間の整数倍で変化するように設定されている。また、受光素子露光量Ｅは、照明強度Ｌとシャッタ時間Ｔとの積により決定されることより、照明強度Ｌは、図８に示すように変化する。
【００７８】
即ち、制御装置１５は、シャッタ時間Ｔが１フレーム時間である場合には、照明強度Ｌが露光ステップ値Ｓに比例して変化するように制御し、シャッタ時間Ｔが１フレーム時間以上である場合には、照明強度Ｌを明るさが１００％に近い範囲で変化させ、シャッタ時間Ｔが相対的に短くなるように制御する。
【００７９】
具体的には、シャッタ時間Ｔが２フレーム時間である場合には、照明強度Ｌは、５０％から１００％の間を露光ステップ値Ｓに比例して変化し、シャッタ時間Ｔが３フレーム時間である場合には、照明強度Ｌは、６６．６％から１００％の間を露光ステップ値Ｓに比例して変化し、シャッタ時間Ｔが４フレーム時間である場合には、照明強度Ｌは、７５％から１００％の間を露光ステップ値Ｓに比例して変化する。
【００８０】
また、顕微鏡画像取得装置１１では、図８を参照して説明したような関係に基づいて、露光ステップ値Ｓに対するシャッタ時間Ｔ、照明強度Ｌ、および露光量を予め求め、それらの値を登録した参照表を記録装置１７に記憶させておくことができる。そして、ユーザの操作に応じた露光ステップ値Ｓが制御装置１５に入力されると、制御装置１５は、記録装置１７に記憶されている参照表を参照して、シャッタ時間Ｔおよび照明強度Ｌを求めることができる。
【００８１】
次に、図９は、露光ステップ値Ｓに対するシャッタ時間Ｔ、照明強度Ｌ、および露光量が登録された参照表を示す図である。
【００８２】
ここで、露光ステップ値Ｓが１ステップ増加したときに、露光量が何倍に増加するかを表す値を露光ステップ比Ｒと称する。露光ステップ比Ｒは、１以上の値に設定される。図９の参照表には、露光ステップ比Ｒが1.15に設定された、即ち、露光ステップ値Ｓが１ステップ増加したときに、露光量が1.15倍に増加するように設定されたときに求められるシャッタ時間Ｔおよび照明強度Ｌが示されている。
【００８３】
なお、照明強度Ｌおよび露光量は、露光ステップ値Ｓが０であるときを１００％として、相対的な値として求められる。また、露光ステップ比Ｒを小さく設定すると、一定の露光量を変更するための露光ステップ値Ｓが増えるので、参照表のサイズが大きくなる。
【００８４】
また、図１０には、図９の参照表と同様に、露光ステップ比Ｒが1.15に設定されたときの露光ステップ値Ｓに対するシャッタ時間Ｔ、照明強度Ｌ、および露光量の関係を表すグラフが示されている。
【００８５】
また、顕微鏡画像取得装置１１の動作モードには、上述したマニュアルモードおよびプログラムモードの他に、あらかじめ設定された適正な画像の明るさに基づいて、自動的に照明光量とシャッタ時間との組み合わせを調整し、適正な露出を決定する自動露出モードがある。
【００８６】
即ち、制御装置１５には、適正な画像の明るさのレベル（以下、適宜、適正画像レベルＢと称する）が、あらかじめ設定されており、制御装置１５は、ユーザにより設定された露光ステップ値Ｓに基づいて撮像された画像の明るさのレベル（以下、適宜、撮像画像レベルＥと称する）と、適正画像レベルＢとを比較し、その比較結果に基づいて、露光ステップ値Ｓの調整を繰り返すことで、適正な露出の画像を取得することができる。
【００８７】
次に、図１１は、自動露出モードにおける処理を説明するフローチャートである。
【００８８】
ユーザが、顕微鏡画像取得装置１１の動作モードとして、自動露出モードを選択すると（例えば、図７に示されているようなモード選択GUI表示部に、自動露出モードを選択するトグルボタンが表示され、そのボタンが選択されると）処理が開始され、ステップＳ１１において、制御装置１５は、適正な画像の明るさのレベルとしてあらかじめ設定されている露光ステップ値Ｓを初期値として設定し、処理はステップＳ１２に進む。
【００８９】
ステップＳ１２において、制御装置１５は、記録装置１７に記憶されている参照表（図９）を参照し、ステップＳ１１で設定した露光ステップ値Ｓに基づいて、シャッタ時間Ｔおよび照明強度Ｌを求める。ここで、参照表に従ってシャッタ時間Ｔを求めることにより、シャッタ時間Ｔは、１フレーム時間以上となるように、かつ、１フレーム時間の整数倍となるように制限される。制御装置１５は、通信I/F１５ｂおよび通信I/F３１を介して、シャッタ時間Ｔを撮像制御部３６に供給するとともに、通信I/F１５ａおよび通信I/F２１を介して、照明強度Ｌを顕微鏡制御部２７に供給し、処理はステップＳ１３に進む。
【００９０】
ステップＳ１３において、顕微鏡制御部２７が、ステップＳ１２で制御装置１５から供給された照明強度Ｌに基づいて、照明光源２６が光を照射するように照明強度制御回路２４を制御することにより、照明強度Ｌで細胞に光が照射される。また、この光の照射とともに、撮像制御部３６が、ステップＳ１２で制御装置１５から供給されたシャッタ時間Ｔに基づいて、撮像素子３３が標本を撮像するように露光時間制御回路３２を制御することにより、撮像素子３３により標本が撮像され、顕微鏡画像信号が出力される。撮像素子３３から出力された顕微鏡画像信号は、増幅度制御回路３４により増幅されてデジタル化され、画像処理回路３５により画像処理が施されて、撮像制御部３６を介して、制御装置１５に供給される。
【００９１】
ステップＳ１３の処理後、処理はステップＳ１４に進み、制御装置１５は、ステップＳ１３で撮像された画像から、その画像の明るさのレベルである撮像画像レベルＥを求め、処理はステップＳ１５に進む。例えば、制御装置１５は、画像全面の平均的な明るさや、画像の中心部分の平均的な明るさから、撮像画像レベルＥを求める。
【００９２】
ステップＳ１５において、制御装置１５は、あらかじめ設定されている適正画像レベルＢと、ステップＳ１４で求めた撮像画像レベルＥとから、画像の明るさのレベルを評価する画像レベル評価値Ｃを算出する。具体的には、制御装置１５は、撮像画像レベルＥを適正画像レベルＢで除算した値を、画像レベル評価値Ｃとして算出（即ち、Ｅ／Ｂ＝Ｃ）する。
【００９３】
ステップＳ１５の処理後、処理はステップＳ１６に進み、制御装置１５は、ステップＳ１３で撮像された画像が適正な露出であるか否かを判定する。
【００９４】
具体的には、制御装置１５は、画像レベル評価値Ｃと露光ステップ比Ｒの平方根ＲＡ（即ち、ＲＡ＝ｓｑｒ（Ｒ））とに基づいて、画像レベル評価値Ｃが、１／ＲＡ＜Ｃ＜ＲＡの関係を満たしているか否かを判定する。制御装置１５は、画像レベルの評価値Ｃが、１／ＲＡ＜Ｃ＜ＲＡの関係を満たしている場合には、ステップＳ１３で撮像された画像が適正な露出であると判定し、画像レベルの評価値Ｃが、１／ＲＡ＜Ｃ＜ＲＡの関係を満たしていない場合には、ステップＳ１３で撮像された画像が適正な露出でないと判定する。
【００９５】
ステップＳ１６において、制御装置１５が、ステップＳ１３で撮像された画像が適正な露出でないと判定した場合、処理はステップＳ１７に進む。
【００９６】
ステップＳ１７において、制御装置１５は、ステップＳ１３で撮像された画像が露出不足であるか否かを判定する。例えば、制御装置１５は、画像レベル評価値Ｃが露光ステップ比Ｒの平方根ＲＡの逆数未満（即ち、Ｃ＜１／ＲＡ）であれば、ステップＳ１３で撮像された画像が露出不足であると判定し、そうでなければ、ステップＳ１３で撮像された画像が露出不足でないと判定する。
【００９７】
ステップＳ１７において、制御装置１５が、ステップＳ１３で撮像された画像が露出不足であると判定した場合、処理はステップＳ１８に進み、制御装置１５は、露出不足に応じた補正ステップ値Ｈとして、Ｈ＝int（log（Ｃ）／log（１／Ｒ）＋0.5）を算出する。
【００９８】
一方、ステップＳ１７において、制御装置１５が、ステップＳ１３で撮像された画像が露出不足でないと判定した場合、処理はステップＳ１９に進む。この場合、ステップＳ１３で撮像された画像は露出過剰であり、制御装置１５は、露出過剰に応じた補正ステップ値Ｈとして、Ｈ＝−int（log（Ｃ）／log（Ｒ）＋0.5）を算出する。
【００９９】
ステップＳ１８またはＳ１９の処理後、処理はステップＳ２０に進み、制御装置１５は、直前のステップＳ１２でシャッタ時間Ｔおよび照明強度Ｌを求めるのに用いた露光ステップ値Ｓに、ステップＳ１８またはＳ１９で算出した補正ステップ値Ｈを加算した値を、新たな露光ステップ値Ｓとし、処理はステップＳ１２に戻り、新たな露光ステップ値Ｓを用いて、以下、同様の処理が繰り返される。
【０１００】
一方、ステップＳ１６で、ステップＳ１３で撮像された画像が適正な露出であると判定された場合、処理はステップＳ２１に進み、制御装置１５は、適正な露出の画像を取得する処理を連続して行うように設定されているか否かを判定する。
【０１０１】
ステップＳ２１において、制御装置１５が、適正な露出の画像を取得する処理を連続して行うように設定されていると判定した場合、処理はステップＳ１２に戻り、以下、同様の処理が繰り返される。
【０１０２】
一方、ステップＳ２１において、制御装置１５が、適正な露出の画像を取得する処理を連続して行うように設定されていないと判定した場合、処理は終了される。
【０１０３】
なお、制御装置１５は、ステップＳ１２でシャッタ時間Ｔおよび照明強度Ｌを求めるのに用いた露光ステップ値Ｓを記憶しておき、次回、適正な露出の画像を取得する処理が行われるときには、その露光ステップ値Ｓを用いて、ステップＳ１１での露光ステップ値Ｓの初期設定を行うことなく、ステップＳ１２から処理を開始することができる。また、制御装置１５は、ユーザにより図７の明るさ調整GUI表示部４９が再度操作されると、その操作に応じた露光ステップ値Ｓを用いて処理を行う。
【０１０４】
以上のように、顕微鏡画像取得装置１１は、その動作モードが自動露出モードであるとき、適正画像レベルＢに基づいて、撮像素子３３により撮像される画像の撮像画像レベルＥが適正なレベルとなるまで処理を繰り返すので、適正な露出の画像を取得することができる。そのとき、顕微鏡画像取得装置１１では、図８を参照して説明したようにシャッタ時間Ｔおよび照明強度Ｌが決定されるので、細胞に必要以上に強い光が照射されることを回避することができる。
【０１０５】
また、顕微鏡画像取得装置１１の動作モードがマニュアルモードであるとき、ユーザが、照明光源２６の照明強度と撮像素子３３のシャッタ時間とを別々に任意に設定することができ、それぞれの設定値を、個別のスライダ（図７）で調整することができる。そして、シャッタ時間は、最短１フレーム時間で、その整数倍（即ち、１，２，３，４、・・・）のフレーム時間となるように離散的に調整され、照明強度は、例えば、相対値０〜１００％のように、１％刻みで調整される。従って、ユーザは、撮像素子３３により連続的に撮像されて表示部１６に表示される画像を見ながら、それらの２つのスライダを調整して、最適な露出を探すことができる。
【０１０６】
さらに、シャッタ時間は、離散的に調整されるので、例えば、シャッタ時間が１フレーム時間で、かつ、照明強度が１００％である場合に、ユーザが、もう少し画像を明るくしようとするとき、シャッタ時間が２フレーム時間となるように操作すると、画像の明るさが２倍になる。これにより、ユーザは、適正な露出となるように、照明強度を低減させるので、必要以上の光が細胞に照射されることを回避することができる。
【０１０７】
また、顕微鏡画像取得装置１１の動作モードがプログラムモードであるとき、ユーザは、照明光源２６の照明強度と撮像素子３３のシャッタ時間とを１つのスライダ（図７）で調整することができる。このように、１つのスライダで画像の明るさを連続的に調整することができるので、操作を容易なものとすることができる。また、シャッタ時間が最短１フレーム時間となるように制限した上で、できるだけ短いシャッタ時間で照明光量を調節して画像の明るさを設定するので、必要以上の光が細胞に照射されることを回避することができる。
【０１０８】
なお、本実施の形態では、制御装置１５は、あらかじめ求めてあるシャッタ時間Ｔと照明強度Ｌが登録された参照表を用いているが、例えば、露光ステップ値Ｓが入力されるたびに、シャッタ時間Ｔと照明強度Ｌを算出するようにしてもよい。
【０１０９】
また、照明光源２６は、設定された照明強度に応じた光を連続的に照射するだけでなく、例えば、設定された照明強度より高い光をスイッチングしてオン／オフの比を調整することにより、平均的に、設定された照明強度の光を照射するように構成することができる。
【０１１０】
なお、本発明は、連続的に繰り返して画像を撮像（即ち、動画像を撮像）する画像取得装置、間欠的に繰り返して静止画像を撮像する画像取得装置（タイムラプス画像撮像装置）のいずれにも適用することができる。
【０１１１】
なお、上述のフローチャートを参照して説明した各処理は、必ずしもフローチャートとして記載された順序に沿って時系列に処理する必要はなく、並列的あるいは個別に実行される処理（例えば、並列処理あるいはオブジェクトによる処理）も含むものである。また、プログラムは、１のCPUにより処理されるものであっても良いし、複数のCPUによって分散処理されるものであっても良い。
【０１１２】
また、図１の制御装置１５（のCPU）が実行するプログラムは、例えば、磁気ディスク（フレキシブルディスクを含む）、光ディスク（CD-ROM(Compact Disc-Read Only Memory),DVD(Digital Versatile Disc)等）、光磁気ディスク、もしくは半導体メモリなどよりなるパッケージメディアであるリムーバブルメディアに記録して、あるいは、ローカルエリアネットワーク、インタネット、デジタル衛星放送といった、有線または無線の伝送媒体を介して提供される。
【０１１３】
そして、プログラムは、リムーバブルメディアを、制御装置１５が備えるドライブに装着することにより、記録装置１７にインストールすることができる。また、プログラムは、有線または無線の伝送媒体を介して、記録装置１７にインストールすることができる。その他、プログラムは、記録装置１７に、あらかじめインストールしておくことができる。
【０１１４】
なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１１５】
【図１】本発明を適用した顕微鏡画像取得装置の一実施の形態の構成例を示すブロック図である。
【図２】表示部１６に表示される画面の表示例を示す図である。
【図３】照明光源２６の照明強度と、撮像素子３３に蓄積される電荷の電荷蓄積量との関係を示す図である。
【図４】従来の顕微鏡画像取得装置における照明強度と撮像素子に蓄積される電荷の電荷蓄積量との関係を示す図である。
【図５】撮像素子の蓄積時間が２フレーム時間の場合の照明光源２６の照明強度と、撮像素子３３に蓄積される電荷の電荷蓄積量との関係を示す図である。
【図６】顕微鏡画像が１枚ずつ撮像されるときの、顕微鏡画像取得装置１１の動作タイミングについて説明する図である。
【図７】マニュアルモードおよびプログラムモードの露光調整GUI表示部４４を示す図である。
【図８】露光ステップ値Ｓに基づいて、照明強度Ｌとシャッタ時間Ｔとを決定する方法について説明する図である。
【図９】露光ステップ値Ｓに対するシャッタ時間Ｔ、照明強度Ｌ、および露光量が登録された参照表を示す図である。
【図１０】露光ステップ値Ｓに対するシャッタ時間Ｔ、照明強度Ｌ、および露光量の関係を表すグラフを示す図である。
【図１１】自動露出モードにおける処理を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【０１１６】
１１  顕微鏡画像取得装置，  １２  観察装置，  １３  顕微鏡装置，  １４  撮像装置，  １５  制御装置，  １５ａおよび１５ｂ  通信I/F，  １６  表示部，  １７  記録装置，  １８  キーボード，  １９  マウス，  ２１  通信I/F，  ２２  顕微鏡駆動回路，  ２３  顕微鏡電動機構，  ２４  照明強度制御回路，  ２５  照明点灯制御回路，  ２６  照明光源，  ２７  顕微鏡制御部，  ３１  通信I/F，  ３２  露光時間制御回路，  ３３  撮像素子，  ３４  増幅度制御回路，  ３５  画像処理回路，  ３６  撮像制御部，  ４１  撮像画像表示部，  ４２  顕微鏡操作GUI表示部，  ４３  状態表示GUI表示部，  ４４  露光調整GUI表示部，  ４５  照明強度入力部，  ４６  シャッタ時間入力部，  ４７  増幅度入力部
【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】
2009122431.tif 000009
【図８】
2009122431.tif 000010
【図９】
2009122431.tif 000011
【図１０】
2009122431.tif 000012
【図１１】
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