JP2009223164A - 顕微鏡画像撮影装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、自動フォーカス調整を行う前にスライドガラス標本の厚さを自動検出し、自動フォーカス調整で標本のある適切な制御範囲を設定できる顕微鏡画像撮影装置、撮影方法及びプログラムを提供することを課題とする。
【解決手段】スライドガラス１０を、スライドガラス収納ユニット１６からステージ９に搬送するのに連動してスライドガラス標本の厚さを厚さ検出ユニット６０によって、検出する。そしてこの検出した厚さに基づいて前記フォーカス制御の範囲を決定し、この範囲を用いてフォーカス制御を行う。
【選択図】 図１

Description

本発明は、スライドガラス標本の顕微鏡画像を撮影する技術に関する。

従来より、例えば人の細胞見本のような生物学的標本等を顕微鏡によって拡大し、その顕微鏡画像を撮影する顕微鏡画像撮影装置が知られている。
顕微鏡で標本を観察または撮影するには、まずスライドガラス上の標本を顕微鏡ステージに載置し、その標本を対物レンズの下に設定し、標本に焦点を合わせて得られた像（顕微鏡画像）を観察したり撮影したりする。

ところで、病院や研究所で行われる顕微鏡画像の撮影は、大量のスライドガラス標本に対して行なわれるものであり、膨大な量の顕微鏡画像の撮影を効率的に行なうことが望まれている。

そのための構成としては、例えば特許文献１には、スライドガラス標本を顕微鏡ステージまで自動的に搬送して顕微鏡画像を取込むと共に、スライドガラス標本のマクロ画像やラベル情報を取得する自動搬送ユニットを備えた顕微鏡画像撮影装置が開示されており、大量のスライドガラス標本を自動的に顕微鏡画像取込むことを可能としている。

また、特許文献２には、スライドガラス標本全体の画像から標本領域を自動認識する技術が開示されており、スライドガラス標本のある必要な領域だけを自動的に撮影可能としている。
特開２００３−２４８１７６号公報 特開２０００−２９５４６２号公報 特開平８−２１０８１８号公報

しかしながら、スライドガラスの種類によって厚さは様々であり、スライドガラス標本の厚さもばらつく。そのため、スライドガラス標本を観察、撮影する際に自動フォーカス調整が正しく行われないことがある。

これを防ぐために、フォーカス調整範囲を広げると、標本のないフォーカス位置もフォーカスを探すため効率が悪く、また、標本でないゴミにフォーカスを合わせてしまう可能性がある。

これに対処するためには、標本の厚さが分かればばよい。
厚さを計測するものとしては、例えば特許文献３には、顕微鏡ステージ上にて透明な標本の深度データを計測するユニットを備えた顕微鏡装置の技術が開示されており、透明な標本の厚みデータを取得することを可能としている。

しかし、特許文献３では、計測した厚さデータによって標本像の焦点を効率的に合わせる手立てについては、何ら記載されていない。
上記課題を鑑み、本発明は、自動フォーカス調整を行う前にスライドガラス標本の厚さを自動検出し、自動フォーカス調整で標本のある適切な制御範囲を設定できる顕微鏡画像撮影装置、撮影方法及びプログラムを提供することを目的とする。

本発明の顕微鏡画像撮影装置は、スライドガラス上の標本を拡大した標本顕微鏡画像を撮影する顕微鏡画像撮影部を備えた顕微鏡画像撮影装置であって、撮影を行うスライドガラス標本の厚さを検出するスライドガラス標本厚さ検出部と、前記スライドガラス標本厚さ検出部が検出した、スライドガラス標本の厚さのデータを元に前記フォーカス自動制御部のフォーカス制御の範囲を決めるフォーカス制御方法決定部と、前記フォーカス制御の範囲に基づいて撮影するフォーカス位置を決定するフォーカス自動制御部と、を有することを特徴とする。

また本発明による撮影方法は、スライドガラス上の標本を拡大した標本顕微鏡画像を撮影する顕微鏡画像撮影部を備えた顕微鏡画像撮影装置による撮影方法であって、撮影を行うスライドガラス標本の厚さを検出し、前記スライドガラス標本の厚さのデータを元にフォーカス制御の範囲を決め、前記フォーカス制御の範囲に基づいて撮影するフォーカス位置を決定することを特徴とする。

また本発明によるプログラムは、スライドガラス上の標本を拡大した標本顕微鏡画像を撮影する顕微鏡画像撮影部を備えた顕微鏡画像撮影装置によって実行されるプログラムであって、撮影を行うスライドガラス標本の厚さを検出し、前記スライドガラス標本の厚さのデータを元にフォーカス制御の範囲を決め、前記フォーカス制御の範囲に基づいて撮影するフォーカス位置を決定することを前記顕微鏡画像撮影装置に実行させることを特徴とする。

本発明によれば、自動フォーカス調整を行う前にスライドガラス標本の厚さを自動検出し、その厚さに基づいて自動フォーカス調整を行うので、必要最小限の範囲をフォーカス自動調整することによる処理の時間短縮を図ることができ、またフォーカス自動調整の検出範囲外に合焦位置があるなどによるエラーを防止することが出来る。

以下に図面を参照しながら本発明の第１の実施形態について説明する。
図１は、本実施形態の顕微鏡画像撮影装置の全体構成を示す図である。
同図の顕微鏡画像撮影装置１０００は、大別して、スライドガラス標本を顕微鏡撮影する顕微鏡撮影機構５００と、大量のスライドガラス標本を搭載し、指示に基づいてスライドガラス標本を顕微鏡撮影機構５００の観察位置まで搬送するスライドガラス搬送機構５０１と、顕微鏡ユニット５００とスライドガラス搬送機構５０１を制御するコンピュータ５０２から構成される。

まず顕微鏡撮影機構５００の構成を説明する。
顕微鏡撮影機構５００は、例えばハロゲンランプやＬＥＤからなる透過照明用光源２を備え、この透過照明用光源２は照明光を発生する。この照明光は、図１の破線で示すように、まずコレクタレンズ３で集光され、次に例えばＮＤフィルタあるいはＬＢＤフィルタなどからなる各種フィルタ４、そして視野絞り５の順で通り、ミラー６によってステージ９方向へ偏向される。

ミラー６によりステージ９方向に偏向された照明光は、明るさ絞り７及びコンデンサレンズユニット８を透過した後、ステージ９の不図示の照明用開口部を通過することにより、ステージ９上のスライドガラス１０上の標本Ｓを照明するように全体が構成されている。

ステージ９の上方には、複数の対物レンズ１１を保持したレボルバ１２が配置されており、このレボルバ１２を図の矢印Ａで示すように順逆任意の方向に回転させることにより、所望の倍率の対物レンズ１１を観察位置に位置交換することができる。また、これらの対物レンズ１１は、レボルバ１２に対して着脱自在に交換可能である。したがって、レボルバ１２を回転させるだけでなく、レボルバ１２に取り付けてある対物レンズ１１そのものを交換して、所望の倍率を得ることもできる。

尚、上記のステージ９は、標本Ｓの観察位置を変えるために水平方向に移動できるように構成されている。また、ステージ９は、フォーカス駆動ユニット１００によってフォーカス制御ができるように、図の両方向矢印Ｄで示すようにＺ方向（上下方向）に昇降駆動できるように構成されている。

なお図１の顕微鏡画像撮影装置１０００のフォーカス制御は、ステージ９の昇降駆動によって実現されるものに限定されるものではなく、対物レンズ１１を保持するレボルバ１２がＺ方向に昇降する構成によって実現してもよいことは言うまでもない。

また、スライドガラス１０上の撮影位置によって映像の明るさが異なる場合があるが、このような映像に対する明るさの制御は、コンピュータ５０２のＣＰＵ２０がカメラユニット１４に対して制御を行って露出を固定する、あるいはソフトウェアによる輝度レベル補正によって全体的な調整を行う等の制御が可能である。

そのようにして観察光路内の光軸上に位置した対物レンズ１１に入射したスライドガラス１０の標本像は、中間倍率レンズ１３を通して、ビームスプリッタ１０３により分岐され、オートフォーカス検出ユニット１０１とカメラユニット１４へ導かれるように顕微鏡撮影機構５００全体が構成されている。

カメラユニット１４に撮像された標本像は、画像処理ボード３７によってＪＰＥＧフォーマットの仕様で圧縮されてデジタルデータ化される。
オートフォーカス検出ユニット１０１では、標本像の全体または一部の輝度分布を電気信号としてオートフォーカス回路１０２に入力し、コントラスト状態をコントラスト値として数値化する。そしてオートフォーカス回路１０２では、コントラスト値が最大となるようにフォーカス駆動ユニット１００に指示して、標本を上下に駆動する。

本実施形態の顕微鏡画像撮影装置１０００では、このオートフォーカス制御を行なうフォーカス駆動範囲は、後述するスライドガラスの厚さデータを元にコンピュータ５０２から指示される。従ってフォーカス駆動範囲は、スライドガラスの厚さに基づいた範囲となり、撮影するフォーカス位置をすばやく見つけて、標本像の焦点を効率的に合わせることが出来る。

なお、上記説明では、オートフォーカス検出ユニット１０１によりコントラスト値を求める例を示したが、カメラユニット１４で得られた標本像から画像処理ボード３７がコントラスト値を演算し、オートフォーカス制御を行なうよう構成することも可能である。

次に、スライドガラス搬送機構５０１の構成について説明する。
スライドガラス搬送機構５０１は、複数のスライドガラスを収納可能なスライドガラス収納ユニット１６、及びコンピュータ５０２の指示に基づいてスライドガラス収納ユニット１６とステージ９との間でスライドガラスを搬送するスライドガラス搬送ユニット１７を備えている。

スライドガラス収納ユニット１６からは、スライドガラス搬送ユニット１７により、所定のスライドガラス１０が取り出され、この取り出されたスライドガラス１０がステージ９まで搬送される。

スライドガラス収納ユニット１６には、搬送されるスライドガラスの厚さを検出する厚さ検出ユニット６０が備えられている。スライドガラス搬送ユニット１７によりスライドガラス１０が取り出される際に、厚さ検出ユニット６０は、スライドガラス標本の厚さを測定する。

厚さ検出ユニット６０としては、例えば、特開平３−２６２９０９号公報に開示があるような超音波計測装置や特開平１０−１６０４２０号公報に開示があるようなエアサーボを用いたものが考えられる。さらに、特開平６−０１１３４１号公報に開示があるような三角測量法を応用した光学式距離測定方法や特開２００５−９８８３３号公報に開示があるような共焦点光学系を用いてガラス境界面で反射するレーザ光の距離の差を測定する方法による厚さ検出ユニット６０を使用すれば、スライドガラス標本の各層を構成するスライドガラス部、標本部、カバーガラス部それぞれの厚さを測定することが可能となる。

また、図２のように厚さ検出ユニット６０として反射光センサを用いて、スライドガラス収納ユニット１６内に収納されているスライドガラスの位置をマッピングする動作と連動して、スライドガラスの厚さを検出しても良い。

顕微鏡撮影機構５００で顕微鏡画像撮影したスライドガラスは、スライドガラス搬送ユニット１７によりステージ９から取り出され、スライドガラス収納ユニット１６の所定の位置に収納される。

次に、コンピュータ５０２の構成について説明する。
スライドガラス搬送ユニット１７によるスライドガラス１０の搬送、厚さ検出ユニット６０によるスライドガラス標本厚さ測定、およびカメラユニット１４による顕微鏡画像の撮り込みや、その他、ステージ９の左右上下の移動、自動フォーカス等の顕微鏡の動作は、コンピュータ５０２のＣＰＵ２０による制御の下に行われる。

記録媒体に記録されている制御プログラムを媒体アクセス装置２２で読み出しこれをメモリ２１や大容量記録媒体２３にロードして、ＣＰＵ２０がそのロードした制御プログラムに従って各部を制御する。制御プログラムには、操作者が容易に顕微鏡画像撮影装置１０００を制御できるように、操作用モニタ５３に操作制御画面を表示する操作制御画面表示プログラムも実装されている。

操作者は、キーボード５５あるいはマウス等のポインティングデバイス５６などを操作して必要とする指示を入力することにより、顕微鏡撮影機構５００の動作、スライドガラスの搬送、顕微鏡画像の撮り込み、広視野像の撮像などの実行を指示することができる。上述した各ユニットや、これから説明する各ユニットは、インターフェース回路（以下、Ｉ／Ｆ回路）及び各ユニットそれぞれの専用ドライバを介し、更にＣＰＵバス４９を介してＣＰＵ２０に接続されている。

ＣＰＵ２０は、ＣＰＵバス４９に接続された各インターフェース回路を介して各ユニットに制御信号を発行し、顕微鏡画像撮影装置１０００を構成する各ユニットを制御する。例えば顕微鏡撮影機構５００の照明光の制御について例をとれば、ＣＰＵ２０により光源制御Ｉ／Ｆ３２を介してアナログ電圧値変更回路４４が制御され、この制御のもとにアナログ電圧値変更回路４４が照明用ランプの電圧変更を行うことによって、照明光の制御が実行される。

また、ＣＰＵバス４９には、メモリ２１、ＣＤやＤＶＤ等の可搬記憶媒体からプログラムやデータを読み書きする媒体アクセス装置２２、ハードディスク等大容量記録媒体２３、画面表示用メモリ５２、操作用モニタ５３が接続され、またキーボード５５やマウス等のポインティングデバイス５６のイベントを制御する入力制御Ｉ／Ｆ回路５４が接続されている。

また、顕微鏡撮影機構５００やスライドガラス搬送機構５０１には、各ユニットを電動で駆動するための専用のドライバ（駆動機構）がそれぞれ設けられている。これらの専用ドライバは、例えばユニット専用モータ、そのモータの駆動ドライバ、その駆動伝達系等が一体となって構成されている。これらの専用ドライバは、専用の制御Ｉ／Ｆ回路及びＣＰＵバス４９を介してＣＰＵ２０に接続されている。

例えば、レボルバ１２には、レボルバ回転用のモータ、モータドライバ、駆動伝達系からなるレボルバ回転用ドライバ３８が配設されている。同様に、コンデンサレンズ駆動ドライバ４１、明るさ絞りドライバ４２、視野絞りドライバ４６、各種フィルタ制御ドライバ４５、ステージ搬送ユニットドライバ４７、スライドガラス搬送ドライバ４８等が、それぞれ対応するユニットに接続されている。

また本実施形態の顕微鏡画像撮影装置１０００には、各ユニットが所定の位置までの移動や回転等の動作を正しく行うことができるように、特には図示しない必要最小限の数のセンサが各所に設けられている。例えば、レボルバ１２には、回転して対物の光軸位置で正しく停止できるように対物光軸位置センサが配設されている。

次にスライドガラスの搬送のための構成について説明する。
ステージ９は、少なくともＸ及びＹの２軸方向（図１では左右方向と奥行き方向）に摺動駆動が可能となっており、また、スライドガラス搬送ユニット１７とステージ９とでスライドガラスを受け渡すことができるスライドガラス受け渡しのための機構を備えている。

図３は、スライドガラス搬送機構５０１の詳細構成を模式的に示す斜視図である。
同図に示すように、スライドガラス収納ユニット１６は、複数のスライドガラス１０（１０−１、１０−２、・・・、１０−ｎ）を格納できるように構成されている。

このスライドガラス収納ユニット１６内には搬送用吸着装置８６が設けられている。
搬送用吸着装置８６は、その吸着ノズルとその先端の吸着パッドにより、スライドガラス収納ユニット１６に収容されているフライドガラス１０を一枚ずつ取り出して、スライドガラス搬送ユニット１７のステージへの受け渡し位置まで、図の破線矢印Ｅで示すように移動して、スライドガラス１０を矢印Ｆで示すように搬送する。

この搬送用吸着装置８６は、吸着ノズルが不図示のチューブを介してこれも不図示の真空ポンプに接続されており、少なくとも１枚のスライドガラス１０を吸着保持して、ステージに引き渡す位置まで移動できる程度のスライドガラス１０に対する吸着力を持っている。そして図１に示したステージ９は、図外右方の対物レンズ１１の下方の光軸位置にスライドガラス１０を移送する。

またスライドガラス収納ユニット１６内には、図１にも示した、集光レンズ８４と広視野画像撮影カメラ８５からなる厚さ検出ユニット６０が配設され、この広視野画像撮影用カメラユニット６０にはアナログ・デジタル信号処理装置６１が接続されている。

上述したように、スライドガラス１０が搬送用吸着装置８６によってスライドガラス収納ユニット１６から取り出される際に、厚さ検出ユニット６０によってスライドガラス標本の厚さが検出される。厚さ検出ユニット６０がスライドガラスの厚さを測定する位置は、搬送用吸着装置８６によって移動でき、スライドガラス上の任意の箇所を測定することができる。ＣＰＵ２０は、測定されたスライドガラス標本の厚さデータを大容量記録装置２３の所定の格納領域に記憶、保存する。

次に、上記のような基本構成を有する顕微鏡画像撮影装置１０００による画像撮影方法の第１の実施形態について説明する。
図４は、第１の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。同図の処理は、コンピュータ５０２のＣＰＵ２０が制御プログラムを実行することにより実現される。

同図において、まず、ＣＰＵ２０は、スライドガラス搬送機構５０１にスライドガラスのステージ９上への搬送を行わせる。
操作者は、操作モニタ５３に表示された制御画面を見ながら、キーボード５５あるいはマウス等のポインティングデバイス５６を換作して、スライドガラス収納ユニット１６から任意のスライドガラス１０を取り出すように顕微鏡画像撮影装置に対して指示を行う。この指示に基づいて、ＣＰＵ２０の制御のもとに、上記指定されたスライドガラス１０がスライドガラス収納ユニット１６から取り出され、スライドガラス搬送ユニット１７及びステージ９により光軸上の対物レンズ１１の下に移送される（ステップＳ１）。

続いて、ＣＰＵ２０は、スライドガラス標本の厚さを厚さ検出ユニット６０によって検出させる（Ｓ０２）。この処理は、ステップＳ１のスライドガラス１０の搬出に連動して行われる。すなわちＣＰＵ２０は、スライドガラス１０の搬送制御と同時に、図２に示した厚さ検出ユニット６０を制御して、スライドガラス標本の厚さを検出し、その厚さデータ（＝ＴＳ）を記録媒体２２に保存する。これにより、ステップＳ２のスライドガラス標本の厚さ測定処理によって、標本の画像を取り込むまでの全体の処理時間を大きくすることは無い。

次にＣＰＵ２０は、ステップＳ３として、スライドガラス標本に対するフォーカス自動調整（オートフォーカス）のサーチ範囲の計算を行う。
ここで、装置のキャリブレーション時に予め基準のスライドガラスの厚さ（＝Ｔ０）での合焦位置（＝Ｆ０）を検出し大容量記録媒体２３に保存されているものとする。ＣＰＵ２０は、大容量記録媒体２３からＴ０及びＦ０とステップＳ２で検出した厚さデータＴＳを読み出し、以下の式１から標本の合焦位置ＦＳを求める。

（式１） ＦＳ＝Ｆ０＋（ＴＳ−Ｔ０）
厚さデータＴＳを求めたら、ＣＰＵ２０は、フォーカス駆動ユニット１００に対して、標本の合焦位置ＦＳを中心として、予め操作者が設定したフォーカス幅をサーチ範囲として設定する。そしてＣＰＵ２０は、ステップＳ４として、このサーチ範囲でステージ９をフォーカス駆動しながらオートフォーカス検出ユニット１０１のコントラスト値が最大となるフォーカス位置を探す。

この際、フォーカス自動調整前にスライドガラス標本上の標本がある位置を自動認識して、その位置が対物レンズ１１の下に来るようにステージ９を移動する必要があるが、この標本の自動認識については、例えば特開２０００−２９５４６２号公報に開示されている技術などを使って行う。

ステップＳ４のフォーカス自動調整処理の結果、焦点が合った標本の像が得られたら、ＣＰＵ２０は、カメラユニット１４に画像取込みを実行させる。
なおスライドガラス標本上の複数の位置で画像取込みを行う場合には、ステージ９を移動した後、ステップＳ３で求めたサーチ範囲で再度ステップＳ４のフォーカス自動調整を行い、ステップＳ５の画像取込みを繰り返す。そして、全ての画像取込みが終わったら、ＣＰＵ２０は、ステージ９に指示してスライドガラス標本を受け渡し位置まで移動させ、スライドガラス搬送ユニット１７に指示して、スライドガラス収納ユニット１６のスライドガラス標本を取り出した元の位置まで搬送させる。

このようにして１枚のスライドガラス標本の顕微鏡画像の自動取込みが完了する。そして、ＣＰＵ２０は、ステップＳ７において次に画像を取込むスライドガラス標本があるかどうかを判断し、画像を取込むスライドガラス標本がある場合には（ステップＳ７、Ｙｅｓ）、ステップＳ１に処理を戻し、次のスライドガラス標本に対して上述したステップＳ１〜Ｓ６の処理を同様に行い、すべての画像取り込み対象のスライドガラス標本の取込みが終わるまで繰り返す。そして全てのスライドガラス標本の画像取り込みが完了したならば（ステップＳ７、Ｎｏ）、本処理を終了する。

以上、第１の実施形態によれば、標本に対するフォーカス自動調整を行う前に、スライドガラス標本の厚さを検出し、その厚さを元にフォーカス自動調整のサーチ範囲を決定するので、フォーカス自動調整での効率と精度の向上を図ることができる。

次に、第２の実施形態について説明する。
第２の実施の形態は、透明体の複数の層の厚さを計測できる厚さ検出センサを用いてスライドガラス標本のスライドガラス、標本部分、及びカバーガラスの厚さのそれぞれを測定し、自動フォーカス調整のサーチ範囲の中心と幅の自動設定を可能とした顕微鏡画像撮影装置を実現するものである。

なお第２の実施形態では、厚さ検出センサ６０には、複数の層からなる透明体の各層からの反射光からそれぞれの厚さを検出できるセンサを使用する。このような厚さ検出センサ６０としては、例えば上述した特開平６−０１１３４１号公報に開示があるような三角測量法を応用した光学式距離測定方法や特開２００５−９８８３３号公報に開示があるような共焦点光学系を用いてガラス境界面で反射するレーザ光の距離の差を測定する方法を用いたものが考えられる。

図５は、第２の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。同図の処理も、コンピュータ５０２のＣＰＵ２０が制御プログラムを実行することにより実現される。

同図の処理では、まず図４に示した第１の実施形態のステップＳ１と同様にスライドガラス１０をステージ９上に搬送し（ステップＳ１１）、この搬送に連動して、スライドガラス標本の厚さを検出する（ステップＳ１２）。

このステップＳ１２においてＣＰＵ２０は、厚さ検出センサ６０からスライドガラス標本のスライドガラス、標本部分、及びカバーガラスのそれぞれの厚さＴＰ、ＴＡ、ＴＣを読み取り、大容量記録媒体２３に保存する。

次に、ＣＰＵ２０は、大容量記録媒体２３から事前に記憶してあるデータＴ０、Ｆ０及びステップＳ１２で検出したデータＴＰ、ＴＡ、ＴＣを読み出し、以下の式２、３からフォーカス自動調整の中心ＦＳとサーチ範囲の幅ＦＷを演算して求める。

（式２） ＦＳ＝Ｆ０＋（ＴＰ＋ＴＡ＋ＴＣ−Ｔ０）
（式３） ＦＷ＝ＴＡ
そしてＣＰＵ２０は、フォーカス駆動ユニット１００に指示して標本の合焦位置ＦＳを中心としたフォーカス幅ＦＷの範囲をサーチ範囲として設定する（ステップＳ１３）。

そして、次にステップＳ１４として、ステップＳ１３で設定したサーチ範囲でフォーカス駆動しながらオートフォーカス検出ユニット１０１のコントラスト値が最大となるフォーカス位置を探し、焦点位置を決定する。

以降のステップＳ１５〜Ｓ１７の画像の取込み及びスライドガラス標本をスライドガラス収納ユニット１６に収納する処理については、図４のステップＳ５〜Ｓ７の処理と同じなので説明は省略する。

以上、第２の実施形態によれば、スライドガラスの厚さに加えて標本の厚さを検出し、これらを加味してフォーカス自動調整のサーチ範囲の中心位置とサーチ幅を自動的に設定でき、サーチ幅が標本に合わせフォーカス自動調整での効率と精度をより向上させることができる。

次に第３の実施形態について説明する。
第３の実施の形態は、標本の厚さが対物レンズの焦点深度より大きい場合に複数のフォーカス位置で画像取込みすることを自動的に判断し、そのフォーカス位置と枚数を自動設定することを可能とする顕微鏡画像撮影装置を実現するものである。

図６は、第３の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。同図の処理も、コンピュータ５０２のＣＰＵ２０が制御プログラムを実行することにより実現される。

図６の処理においてまず行われる、スライドガラス標本をステージ９に搬送し、スライドガラス標本のスライドガラス、標本部分、カバーガラスの厚さデータを取得するステップＳ２１、Ｓ２２の処理は、図５のステップＳ１１、Ｓ１２の処理と同じである。

次にＣＰＵ２０は、ステップＳ２３として予め大容量記録媒体２３に保存されている対物レンズ１１の焦点深度データ（＝ＦＤ）及びステップＳ２２で取得した標本部分の厚さデータＴＡを大容量記録媒体２３から読み出し、両者の大小関係を比較する。

ステップＳ２３において標本部分の厚さＴＡ＜焦点深度ＦＤならば（ステップＳ２３、Ｙｅｓ）、ＣＰＵ２０は、標本は十分薄く、合焦するただ１つのフォーカス位置で顕微鏡画像を取込めば良いと判断し、ステップＳ２４〜Ｓ２９のフォーカス自動調整処理、画像取り込み処理、スライドガラス収納処理を行なう。このステップＳ２４〜Ｓ２９の処理は、図５のステップＳ１４〜Ｓ１７の処理と同じなので説明は省略する。

また、ステップＳ２３において標本部分の厚さＴＡ＞焦点深度ＦＤならば（ステップＳ２３、Ｎｏ）、ＣＰＵ２０は、標本は厚いためにフォーカス方向に複数枚の顕微鏡画像を取込む必要があると判断し、ステップＳ２６として顕微鏡画像を取込む枚数とフォーカス位置を演算する。

この演算では、ＣＰＵ２０は、標本部分の厚さＴＡと焦点深度ＦＤに加えて、合焦位置Ｆ０を大容量記録媒体２３から読み出し、顕微鏡画像を取込む枚数ＮＳとフォーカス位置Ｆ（Ｎ）を以下の式４、５で計算する。

（式４）ＮＳ＝ＴＡ ｄｉｖ ＦＤ＋１
（式５）Ｆ（Ｎ）＝Ｆ０＋（（ＮＳ−Ｎ）＋１／２）＊ＦＤ（Ｎ＝１，２，．．．，ＮＳ）
なお式４のｄｉｖは、小数点以下の値を切り捨てる割り算を表している。

次にＣＰＵ２０は、ステップＳ２７としてフォーカス駆動ユニット１００を制御して、ステップＳ２６で求めたフォーカス位置Ｆ（Ｎ）に移動させ、顕微鏡画像の取込みを行う。この画像取り込みは、ＮＳ箇所のフォーカス位置で画像取込みを行うまでくり返す。そして画像取込み終わったスライドガラス標本は、ステップＳ２８としてスライドガラス収納ユニット１６に搬送し、続けて次のスライドガラス標本以降に対しても同様な処理を行う。

以上、第３の実施形態によれば、標本が薄い場合には合焦位置で画像取込み行い、標本が厚い場合には対物レンズの焦点深度間隔で複数のフォーカス位置で画像取込み行うことを自動的選択して標本厚さ内の対物レンズの焦点深度の間隔毎に複数の顕微鏡画像を取り込むことができ、フォーカス自動調整の設定の操作性が向上する。

次に第４の実施形態について説明する。
第４の実施の形態は、スライドガラス標本の複数のポイントで標本の厚さを検出し、そのデータを元にスライドガラス全体の標本の厚さ分布を求め、撮影するポイントで適切なフォーカス自動調整の設定を行うことを可能とする顕微鏡画像撮影装置を実現するものである。

図７は、第４の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。同図の処理も、コンピュータ５０２のＣＰＵ２０が制御プログラムを実行することにより実現される。

同図の処理では、まずステップＳ４１のスライドガラス標本をステージ９へ搬送し、ステップＳ４２で搬送する途中で厚さ検出ユニット６０でスライドガラス標本の厚さを測定する際に、スライドガラス標本の複数の箇所の位置で厚さデータを取得し、その位置の座標（Ｘ，Ｙ）（Ｘ，Ｙ：水平座標）と厚さデータを大容量記録媒体２３に保存する。

図８はステップＳ４２で厚さデータを測定される位置の例を示す図である。
ステップＳ４２では、図８のＰ１、Ｐ２、Ｐ３のようにスライドガラス標本のカバーガラス７１上の複数の箇所の座標（Ｘ，Ｙ）と厚さデータを取得し、大容量記録媒体２３に保存する。

次に、ＣＰＵ２０は、ステップＳ４３としてスライドガラス標本の水平位置に対する標本の厚さ分布を求める。
スライドガラス標本の任意の位置Ｐ（Ｘ，Ｙ）に対する厚さデータＴＳ（Ｘ，Ｙ）は、スライドガラス１０及びカバーガラス７１が十分に平面だとすると、以下の式６で表せる。

（式６） ＴＳ（Ｘ，Ｙ）＝Ａ＊Ｘ＋Ｂ＊Ｙ＋Ｃ （Ａ，Ｂ，Ｃ：定数）
ここで、ＣＰＵ２０は、ステップＳ４２で求めたＰ１、Ｐ２、Ｐ３の座標とスライドガラス標本の厚さデータを記録媒体２２から読出し、これらを式６に代入して定数Ａ，Ｂ，Ｃに関する連立方程式を立てて解くことで、任意の位置Ｐに対する厚さを求める式６を求めることが出来る。

次にＣＰＵ２０は、スライドガラス標本上で顕微鏡画像を撮影する位置にステージ９を移動させて、この位置に対するスライドガラス標本の厚さＴＳ（ｘ，ｙ）を式６から求めて、ステップＳ４４として、この厚さＴＳ（ｘ，ｙ）と大容量記録媒体２３に記録されている対物レンズ１１の焦点深度データ（ＦＤ）と大小関係を比較する。

なお厚さ検出ユニット６０で厚さ検出が行われるスライドガラス搬送ユニット１７上での水平座標系（Ｘ，Ｙ）とステージ９上での水平座標系（ｘ，ｙ）の関係は顕微鏡画像撮影装置１０００の調整時に予め求めておくものとする。

ステップＳ４４の比較結果、スライドガラス標本の厚さＴＳ（ｘ，ｙ）＜対物レンズ１１の焦点深度データ（ＦＤ）ならば（ステップＳ４４、Ｙｅｓ）、ステップＳ４５、Ｓ４６としてフォーカス自動調整を実行した後、顕微鏡画像を取り込む。またスライドガラス標本の厚さＴＳ（ｘ，ｙ）＜対物レンズ１１の焦点深度データ（ＦＤ）でないのならば（ステップＳ４４、Ｎｏ）、ステップＳ４７、Ｓ４８として標本の厚さから撮影する枚数と位置を計算し、その枚数と位置で画像を取り込む。このステップＳ４５〜Ｓ４８の処理は、図６の第３の実施形態のステップＳ２４〜Ｓ２７と同じなので詳細な説明は省略する。

顕微鏡画像の取り込みが完了すると、ステップＳ４９としてスライドガラス１０をスライドガラス収納ユニット１６に収納する。そして次に画像を取込むスライドガラス標本があるかどうかを判断し、画像を取込むスライドガラス標本がある場合には（ステップＳ５０、Ｙｅｓ）、ステップＳ４１に処理を戻し、次のスライドガラス標本に対して上述したステップＳ４１〜Ｓ４９の処理を同様に行い、すべての画像取り込み対象のスライドガラス標本の取込みが終わるまで繰り返す。そして全てのスライドガラス標本の画像取り込みが完了したならば（ステップＳ５０、Ｎｏ）、本処理を終了する。

以上、第４の実施形態によれば、標本の任意の水平位置に対して適切な自動フォーカス調整の設定ができ、標本の位置によって厚さが異なる場合においても任意の位置におけるフォーカス自動調整の効率と精度を向上させることが出来る。

以上のように、本実施形態の顕微鏡画像撮影装置１０００によれば、自動フォーカス調整を行う前にスライドガラス標本の厚さを自動検出し、その厚さに基づいて自動フォーカス調整を行うので、必要最小限の範囲をフォーカス自動調整することによる処理の時間短縮を図ることができ、またフォーカス自動調整の検出範囲外に合焦位置があるなどによるエラーを防止することが出来る。

なお上記例では、スライドガラス標本の厚さ測定は、スライドガラス１０の搬送に連動して行っているが、スライドガラス標本の厚さ測定タイミングは、このときに限定されるものではなく、スライドガラス標本がステージ９上にあるときに測定しても、あるいはスライドガラス収納ユニット１６に搭載されているときに測定しても良い。

本実施形態における顕微鏡画像撮影装置の全体構成を模式的に示す図である。 スライドガラス収納ユニット内に収納されているスライドガラスの位置をマッピングする動作と連動して、スライドガラスの厚さを検出する厚さ検出ユニットを示す図である。 スライドガラス搬送機構の詳細構成を模式的に示す斜視図である。 第１の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。 第２の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。 第３の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。 第４の実施の形態における処理動作を示すフローチャートである。 厚さデータを測定される位置の例を示す図である。

符号の説明

２ 透過照明用光源
３ コレクタレンズ
４ フィルタ
５ 視野絞り
６ ミラー
７ 明るさ絞り
８ コンデンサレンズユニット
９ ステージ
１０ スライドガラス
１１ 対物レンズ
１２ レボルバ
１３ 中間倍率レンズ
１４ カメラユニット
１６ スライドガラス収納ユニット
１７ スライドガラス搬送ユニット
２０ ＣＰＵ
２１ メモリ
２２ 媒体アクセス装置
２３ 大容量記録媒体
２４ 画像処理ボードとのＩ／Ｆ回路
２５ レボルバ制御用Ｉ／Ｆ回路
２６ スライドガラス収納制御Ｉ／Ｆ回路
２７ スライドガラス搬送制御Ｉ／Ｆ回路
２９ コンデンサユニット制御Ｉ／Ｆ回路
３０ 明るさ絞り制御Ｉ／Ｆ回路
３２ 光源制御Ｉ／Ｆ
３３ フィルタ制御Ｉ／Ｆ回路
３４ 視野絞り制御Ｉ／Ｆ回路
３５ スライドガラス搬送制御Ｉ／Ｆ回路
３６ スライドガラス収納制御Ｉ／Ｆ回路
３７ 画像処理ボード
３８ レボルバ回転用ドライバ
３９ スライドガラス収納ユニットドライバ
４０ スライドガラス搬送ユニットドライバ
４１ コンデンサレンズ駆動ドライバ
４２ 明るさ絞りドライバ
４４ アナログ電圧値変更回路
４５ 各種フィルタ制御ドライバ
４６ 視野絞りドライバ
４７ スライドガラス搬送ユニットドライバ
４８ スライドガラス収納ユニットドライバ
４９ ＣＰＵバス
５０ カメラユニット制御用Ｉ／Ｆ回路
５２ 画面表示用メモリ
５３ モニタ
５４ 入力制御Ｉ／Ｆ回路
５５ キーボード
５６ ポインティングデバイス
６０ 厚さ検出ユニット
８１ スライドガラストレイ
８２ 収納ユニット内移動用吸着装置
８３ 広視野画像撮影用ステージ
８４ 集光レンズ
８５ 広視野画像撮影カメラ
８６ 搬送用吸着装置
１００ フォーカス駆動ユニット
１０１ オートフォーカス検出ユニット
１０２ オートフォーカス回路
１０３ ビームスプリッタ
５００ 顕微鏡撮影ユニット
５０１ スライドガラス搬送ユニット
５０２ コンピュータ
１０００ 顕微鏡画像撮影装置

Claims (10)

1. スライドガラス標本を撮影する顕微鏡画像撮影部を備えた顕微鏡画像撮影装置であって、
   前記スライドガラス標本の厚さ情報を検出するスライドガラス標本厚さ情報検出部と、
   前記スライドガラス標本厚さ情報検出部が検出した、スライドガラス標本の厚さ情報に基づいて前記フォーカス自動制御部のフォーカス制御の範囲を決めるフォーカス制御方法決定部と、
   前記フォーカス制御の範囲に基づいて撮影するフォーカス位置を決定するフォーカス自動制御部と、
   を有することを特徴とする顕微鏡画像撮影装置。
2. 複数の前記スライドガラス標本を収納するスライドガラス標本収納部と、
   前記スライドガラス標本を前記スライドガラス標本収納部から顕微鏡対物レンズ下に搬送するスライドガラス標本搬送部を備え、
   前記スライドガラス標本厚さ情報検出部は、スライドガラス標本搬送部によるスライドガラス標本の搬送に連動してスライドガラス標本の厚さ情報を検出することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像撮影装置。
3. 複数の前記スライドガラス標本を収納するスライドガラス標本収納部を備え、
   前記スライドガラス標本厚さ情報検出部は、前記スライドガラス標本収納部内で前記スライドガラス標本の厚さを検出することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像撮影装置。
4. 前記スライドガラス標本厚さ情報検出部は、前記スライドガラス標本のスライドガラスの厚さを検出し、前記フォーカス制御方法決定部は、前記スライドガラスの厚さを元に前記フォーカス自動制御部のフォーカス制御の範囲を決定することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像撮影装置。
5. 前記スライドガラス標本厚さ情報検出部は、前記スライドガラス標本のスライドガラス、カバーガラス及びその間の標本の厚さをそれぞれ検出し、
   前記フォーカス制御方法決定部は、前記スライドガラス、カバーガラス及びその間の標本の厚さを元に前記フォーカス自動制御部のフォーカス制御の範囲を決定することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像撮影装置。
6. 前記フォーカス制御方法決定部は、前記標本の厚さと顕微鏡撮影部で撮影する対物レンズの焦点深度とを比較し、当該比較の結果から複数のフォーカス位置で画像取込みを行なうかを決定し、フォーカス制御の範囲内で画像を取込むフォーカス位置を求めることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡画像撮影装置。
7. 前記フォーカス制御方法決定部は、前記標本の厚さ＜前記対物レンズの焦点深度のとき、前記標本の厚さと前記対物レンズの焦点深度から顕微鏡画像を取込む枚数及び位置を決定する事を特徴とする請求項６に記載の顕微鏡画像撮影装置。
8. スライドガラス標本厚さ検出部は、前記スライドガラス標本上の３箇所以上の位置で厚さを検出し、前記フォーカス制御方法決定部は、当該検出結果からスライドガラス標本全体の厚さ分布を求め、任意の標本位置におけるフォーカス制御方法を決定することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡画像撮影装置。
9. スライドガラス標本を撮影する顕微鏡画像撮影部を備えた顕微鏡画像撮影装置による撮影方法であって、
   撮影を行うスライドガラス標本の厚さ情報を検出し、
   前記スライドガラス標本の厚さ情報に基づいてのフォーカス制御の範囲を決め、
   前記フォーカス制御の範囲に基づいて撮影するフォーカス位置を決定する
   ことを特徴とする撮影方法。
10. スライドガラス標本を撮影する顕微鏡画像撮影部を備えた顕微鏡画像撮影装置によって実行されるプログラムであって、
    撮影を行うスライドガラス標本の厚さ情報を検出し、
    前記スライドガラス標本の厚さ情報に基づいてフォーカス制御の範囲を決め、
    前記フォーカス制御の範囲に基づいて撮影するフォーカス位置を決定する
    ことを前記顕微鏡画像撮影装置に実行させるプログラム。