JP5015381B2 - 顕微鏡写真撮影装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡画像を一定時間間隔ごとに撮影する顕微鏡写真撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡により標本を観察する方法として、顕微鏡画像を一定時間間隔ごとに撮影（以下、タイムラプス撮影と称する。）するとともに、撮影終了後に一連の撮影画像を再生し、時間的な標本の形態変化を動画像として観察する方法がある。このような方法は、顕微鏡視野内に存在する特定の標本、例えば生きた細胞の時間的変化を観察する方法として極めて有効とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、同一条件で培養した細胞に対して複数の試薬の効果を確認するなどの研究分野では、顕微鏡視野外に及ぶ複数の撮影に対してもタイムラプス撮影を行い標本の時間的な形態変化を同時に観察することも要求されている。
【０００４】
ところが、従来のタイムラプス撮影を可能にする方法では、顕微鏡視野範囲に限られており、顕微鏡視野外に及ぶ複数の撮影範囲に対してタイムラプス撮影を行うことはできなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、顕微鏡の観察視野に制限されることなく複数の撮影範囲のタイムラプス撮影を行うことができる顕微鏡写真撮影装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、標本に集光するための対物レンズを有する顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体の視野範囲を選択可能にする前記標本を載置するステージと、前記ステージと前記対物レンズとを前記対物レンズの光軸に対して直交する方向に相対的に移動させることにより選択された複数の顕微鏡視野範囲内において標本像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された標本像を表示するモニタと、前記ステージを用いて選択された前記複数の顕微鏡視野範囲内で、前記モニタに表示された前記標本像上にて複数の撮影範囲の位置を選択する撮影範囲選択手段と、前記選択された複数の撮影範囲の位置情報と、前記複数の撮影範囲に対応する前記顕微鏡本体の設定情報と、前記複数の撮影範囲をタイムラプス撮影するときの撮影開始時間および撮影間隔を含む撮影条件とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記複数の撮影範囲に対応する前記位置情報、前記設定情報および前記撮影条件に基づいて、前記複数の撮影範囲の撮影を所定の時間間隔で繰り返して各撮影範囲ごとのタイムラプス撮影像を取得し、これらタイムラプス撮影像を、前記モニタの同一画面に撮影範囲ごとに独立して表示可能となるように前記撮影範囲ごとに区別された状態で前記記憶手段に記憶する撮影制御手段と、を具備したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記撮影制御手段は、複数の撮影範囲の撮影順序を決める際に、撮影を終了していない撮影範囲の中から最も近い撮影範囲を次の撮影範囲とすることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記ステージは、前記顕微鏡視野を３次元方向に移動可能にする手段を有し、前記記憶手段は、前記撮影範囲の３次元の位置情報を記憶し、前記撮影制御手段は、前記記憶手段に記憶された３次元の位置情報に基づいて、該撮影範囲のフォーカス位置を再現可能にしたことを特徴としている。
【０００９】
この結果、本発明によれば、顕微鏡の視野範囲に制限されることなく、複数の撮影範囲ごとの細胞などについて、ほぼ同時刻の時間的な形態変化をタイムラプス画像として取得することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、観察者が任意に選択された撮影範囲を撮影する際に、同一時刻における撮影範囲間の撮影時刻の差を小さくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、各撮影範囲を選択したときと同じフォーカス状態で、これら撮影範囲を撮影することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される顕微鏡写真装置の概略構成を示している。図において、１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１には、視野範囲選択手段としての電動ステージ２と対物レンズ３が対峙して配置されている。電動ステージ２上には、標本４が載置され、この標本４の観察像を対物レンズ３を介して接眼レンズ５で肉眼観察可能にするとともに、ＣＣＤ撮像素子を備えた撮像部６により撮像可能にしている。また、撮像部６には、制御部７が接続されている。
【００１４】
制御部７は、撮影制御部７１および撮影情報管理部７２を有し、また、モニタ８、入力装置９、ステージ駆動部１０およびレボルバ駆動部１１が接続されている。
【００１５】
この場合、制御部７は、具体的として、ＣＰＵ、該ＣＰＵのバスに接続されたＲＡＭ、入出力装置およびハードディスクなどの外部記憶装置から構成され、外部記憶装置に、ＣＰＵを撮影制御部７１および撮影情報管理部７２として作動させるためのプログラムが格納されている。ここで用いられるプログラムは、例えばマイクロソフト社のＷｉｎｄｏｗｓを基本ソフトウェアとして作動し、全ての指令は、マウスなどのポインティングデバイスやキーボードなどの入力装置９を介して与えられるようになっている。また、撮影制御部７１は、撮像部６、ステージ駆動部１０およびレボルバ駆動部１１に対して標本４の撮影に必要な動作を行わせるとともに、撮像部６で撮像された標本像をモニタ８に表示させるようにしている。ステージ駆動部１０は、撮影制御部７１の指示に応じて電動ステージ２を駆動するためのものである。レボルバ駆動部１１は、撮影制御部７１の指示に応じてレボルバ３１を回転させ、所望する倍率の対物レンズ３を光路上に位置させるものである。また、撮影情報管理部７２には、撮影情報データベース１２が接続されている。この撮影情報データベース１２は、図２に示すように各撮影範囲（＃０、＃Ｋ、＃Ｎは撮影範囲の番号を示す）の撮影範囲ごとに撮影情報５０が記憶されている。この場合、各撮影情報５０は、（Ｘ０，Ｙ０）（Ｘ１，Ｙ１）で表わされる後述する撮影範囲２５の位置座標５１、撮影条件５２およびタイムラプス撮影画像の保存場所５３からなっている。また、タイムラプス撮影画像は、一般的に、膨大な容量になることが知られており、このため、本発明では、ハードディスクにファイルとして保存する。各保存場所５３には保存に使用するファイル名が入っている。さらに＃０〜＃Ｎの各撮影範囲のタイムラプス撮影像は、最初の撮像画像、次の撮像画像のように各撮影時間ごとにシーケンシャルに並んでいる。このときのフォーマットは、ＷｉｎｄｏｗｓのＡＶＩファイル形式でもよいし、他のフォーマットであってもよい。
【００１６】
なお、電動ステージ２は機械的原点を有している。そして、撮影制御部７１は、この機械的原点を基点としてステージ駆動部１０に対して指示した移動量を内部的に管理することによって、電動ステージ２の現在の位置座標を認識できるようになっている。すなわち、撮影制御部７１は、電動ステージ２に対する対物レンズ３の光軸の位置を検出する位置検出手段としての機能を有し、観察視野の現在位置として電動ステージ２の現在の位置座標を出力する。(別の構成として、電動ステージ２の現在位置を検出する位置検出手段を別途設け、この位置検出手段によって直接的に電動ステージ２の位置座標を認識するように構成することもできる。)
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００１７】
まず、タイムラプス撮影のための準備を行う。
【００１８】
最初に、制御部７の撮影制御部７１によりモニタ８の画面上に図３に示す顕微鏡画像を表示する画像表示ウインドウ１３と撮影範囲の作成や撮影時間などを設定するコントロールウインドウ１４を表示させる。この場合、画像表示ウインドウ１３には、顕微鏡画像上の複数の細胞１５が表示される。この顕微鏡画像は、電動ステージ２上の標本４の観察像を対物レンズ３を介して撮像部６により撮像したものである。また、コントロールウインドウ１４には、現在使用している対物レンズの倍率を選択するドロップダウンリスト１６、撮影時の対物レンズの倍率を選択するドロップダウンリスト１７が表示されるとともに、何分後に撮影を開始するかを指定するエディットボックス１８、撮影を開始してから何分間タイムラプス撮影を行うか指定するエディットボックス１９、撮影をしてから次の撮影までの間隔時間を指定するエディットボックス２０が表示され、さらに、撮影時の対物レンズの倍率に相当する撮影範囲を作成する撮影範囲作成ボタン２１、撮影範囲を削除する撮影範囲削除ボタン２２、撮影開始ボタン２３および電動ステージ２の移動を制御するステージ移動ボタン２４が表示される。
【００１９】
この状態で、撮影範囲を決定する。まず、ステージ移動ボタン２４を操作してステージ２全体を移動させ顕微鏡視野を選択する。ここでのステージ移動ボタン２４は、上下、左右、右上、右下、左上、左下の合計８方向の矢印を有し、これら矢印の方向に従ってステージ２を移動可能にしており、例えば、上または下方向の矢印を押すとＸ方向にステージ２を移動し、右または左方向の矢印を押すとＹ方向にステージ２を移動するようにしている。なお、中央の白丸のボタンは、ステージ２をホームポジションに移動させるためのものである。
【００２０】
次に、撮影範囲作成ボタン２１を押す。すると、画像表示ウインドウ１３の顕微鏡画像の中心位置に、撮影時の対物レンズ３の倍率に相当する矩形状の撮影範囲２５が表示される。
【００２１】
そして、撮影範囲２５にマウスカーソルを移動させて図示しないマウスボタンを押すと、撮影範囲２５の四隅に小さな四角部２５ａが表示され選択状態になるとともに、マウスカーソルが十字形状２６に変化する。この状態で、マウスボタンを押し続けたままマウスカーソルを移動させることで、撮影範囲２５を、撮影したい細胞１５が含まれる位置まで移動することができ、その後、マウスボタンを離すと撮影範囲２５の位置が確定される。
【００２２】
次に、このようにして作成された撮影範囲２５のステージ座標系での位置を計算する。この場合の位置座標は、現在のステージ２の座標と、撮影範囲２５のピクセル座標と、１ピクセルのステージ座標系での大きさから計算される。なお、この時の撮影範囲２５の位置座標は、矩形情報として左上（Ｘ０，Ｙ０）、右下（Ｘ１，Ｙ１）が計算される。
【００２３】
ここで、現在のステージ２の座標は、撮影範囲の指定を行ったときの観察視野の位置に対応する。撮影範囲２５のピクセル座標は、指定された撮影範囲２５の観察視野内における位置に対応する。そして、１ピクセルのステージ座標系での大きさは、表示画面の１ピクセルが対応するステージ上での距離である。従って、ピクセル座標として観察視野の光軸中心を原点に取ったＸＹ座標系を用いれば、撮影範囲２５のピクセル座標をステージ上での距離に換算した値を観察視野の位置に加えることによって、指定された撮影範囲２５の位置をステージ上での対物光軸の位置に置き換えることができる。
【００２４】
このようにして計算された撮影範囲２５の位置座標は、「番号＃０の撮影範囲」の位置情報である。計算された位置座標（Ｘ０，Ｙ０）、（Ｘ１，Ｙ１）は、＃０の撮影情報５０を構成する位置情報５１として記憶される。また、ドロップダウンリスト１７で指定された撮影時の対物レンズ倍率やその他の顕微鏡本体の観察条件設定情報が、＃０の撮影情報５０を構成する撮影条件５２として記憶される。さらに、この撮影範囲を撮影した画像データを保存するファイル名が＃０の撮影情報５０を構成する保存場所として記憶される。
【００２５】
以下、所望する撮影範囲２５を順に選択して同様な操作を行うことにより、各撮影範囲＃０〜＃Ｎの撮影情報５０が撮影情報データベース１２に記憶される。
【００２６】
また、異なる顕微鏡視野の範囲外の領域で撮影範囲を選択したい場合は、ステージ移動ボタン２４を操作しステージ２全体を移動させる。すると、ステージ２の移動に伴ってモニタ８上に表示される観察像も移動するから、モニタ８を見ながら顕微鏡視野を選択し直した後、上述したと同様にして撮影範囲の選択を行う。
【００２７】
なお、一旦形成した撮影範囲２５を削除したい場合は、マウスカーソルで削除したい撮影範囲２５を選択し、この状態で、撮影範囲削除ボタン２２を押すと、該当する撮影範囲２５は削除される。この場合、撮影情報データベース１２から選択された撮影範囲２５の撮影情報５０が削除され、空いた部分に、後続の撮影範囲２５の撮影情報５０が詰めて記憶される。
【００２８】
そして、最後に、エディットボックス１８に何分後に撮影を開始するかのデータをとともに、エディットボックス１９に撮影を開始してから何分間タイムラプス撮影を行うかのデータを書き込み、さらにエディットボックス２０に撮影をしてから次の撮影までの間隔時間のデータを書き込み、タイムラプス撮影のための準備が完了する。
【００２９】
次に、このような撮影準備に基づいて実際のタイムラプス撮影が行われる。
【００３０】
この場合、図５に示すフローチャートにおいて、モニタ８のコントロールウインドウ１４上で撮影開始ボタン２３を押すと、撮影像の番号を示すカウンタＪを初期化する（Ｓｔｅｐ１）。カウンタＪは、図２に示す撮影範囲の撮影像の番号（＃０〜＃Ｎ）を示す。そして、撮影制御部７１により図示しないタイマが起動される（Ｓｔｅｐ２）。そして、エディットボックス１８に書き込まれた時間が経過すると（Ｓｔｅｐ３）、撮影情報５０の番号を示すカウンタＫを初期化してＫ＝０とする（Ｓｔｅｐ４）。次に、撮影情報データベース１２から、まず、Ｋ＝０に対応する撮影情報５０が読み出され（Ｓｔｅｐ５）、このときの撮影範囲２５の位置座標５１に基づいてステージ２が移動し、撮影範囲２５を顕微鏡視野範囲に位置させる（Ｓｔｅｐ６）。また、Ｋ＝０に対応する撮影条件５２が読み出され、このときの撮影条件５２に基づいて顕微鏡本体１の対物レンズ３の倍率などの光学系条件が設定される（Ｓｔｅｐ７）。そして、この状態から、Ｋ（最初はＫ＝０）の撮影範囲２５での観察像が対物レンズ３を介して撮像部６により撮像され、最初のタイムラプス撮影像Ｊ(最初はＪ＝１なので、図４でのＡ１)として、撮影情報データベース１２に記憶される（Ｓｔｅｐ８）。
【００３１】
次に、Ｋをカウントアップし（Ｓｔｅｐ９）、Ｓｔｅｐ５に戻ることにより（Ｓｔｅｐ１０）、次の撮影範囲２５の撮影情報５０が読み出され（Ｓｔｅｐ５）、上述したと同様にして（Ｓｔｅｐ６、Ｓｔｅｐ７）、次の撮影範囲２５の観察像が対物レンズ３を介して撮像部６により撮像されて、Ｋ（Ｋはカウントアップされたので、１）の撮影範囲の最初のタイムラプス撮影像Ｊ(最初はＪ＝１なので図４におけるＢ１)として、撮影情報データベース１２に記憶される（Ｓｔｅｐ８）。
【００３２】
以下、同様にして各撮影範囲２５の撮影情報５０が順番に読み出されることにより、＃Ｎの撮影情報５０の撮影範囲２５まで（Ｓｔｅｐ１０）、最初のタイムラプス撮影像（Ｊ＝１）が撮影情報データベース１２に記憶される。そして、次にカウンタＪをカウントアップすることで、次にタイムラプス像を保存する場所を指定する（Ｓｔｅｐ１２）。このようなタイムラプス撮影は、エディットボックス２０に書き込まれた時間間隔で繰り返される（Ｓｔｅｐ１３）。これにより、撮影情報データベース１２には、＃０の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ａ１、Ａ２、Ａ３…、＃１の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…、〜、＃Ｎの撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…がそれぞれシーケンシャルに並んで記憶される。そして、このような動作は、エディットボックス１９に書き込まれたタイムラプス撮影時間が経過するまで続けられる（Ｓｔｅｐ１１）。
【００３３】
そして、これら＃０の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ａ１、Ａ２、Ａ３…、＃１の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…、〜、＃Ｎの撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…を、撮影制御部７１を介してモニタ８上に連続して表示させれば、＃０〜＃Ｎの撮影範囲２５ごとに動画像Ａ、Ｂ、Ｃとして観察することができる。
【００３４】
従って、このようにすれば、電動ステージ２を移動させて顕微鏡視野範囲を選択しながら複数の撮影範囲２５を選択して、これら撮影範囲２５の撮影情報５０を撮影情報データベース１２に記憶させ、その後、これら撮影範囲２５の撮影を所定の時間間隔で繰り返して各撮影範囲ごとのタイムラプス撮影像を取得するようにしたので、顕微鏡視野の範囲内に制限されることなく、各撮影範囲２５に対して、細胞１５の、ほぼ同時刻の時間的な形態変化を画像として取得することができる。また、対物レンズ倍率のような撮影条件も各撮影範囲毎に任意に設定することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態では、撮影範囲から次の撮影範囲に移動する移動量を少なくすることにより、複数の撮影範囲での撮影時刻の差を小さくするようにしている。この場合、各撮影範囲に電動ステージ２を移動する順番を変更する以外は、第１の実施の形態で述べたと同様であり、このため上述した図１乃至図３を援用するものとする。つまり、この第２の実施の形態では、各時間間隔ごとに撮影するときに、最初の撮影範囲の撮影が終了し、次の撮影範囲に移動するときに、最も近い撮影範囲をデータベース１２から検索し、次の撮影範囲とし、次も、同様にして撮影を終了していない撮影範囲のなかから、最も近い撮影範囲を選択し、撮影するという処理を繰り返す。
【００３６】
このようにすれば、観察者により選択された撮影範囲を撮影する際に、同一時刻における撮影範囲間の撮影時刻の差を小さくすることができるので、それぞれの撮影範囲において精度の高いタイムラプス撮影を行うことができる。
【００３７】
なお、ここでは、撮影するときに、次の撮影する範囲を検索するようにしているが、予め撮影情報データベース１２内の撮影情報５０の順番を撮影範囲の近い順に並べ替えるようにしてもよい。
【００３８】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態では、第１の実施の形態での電動ステージ２が、さらに上下（Ｚ）方向に移動できる構成になっていて、この移動量を撮影制御部７１により制御できるようにしている。その他は、第１の実施の形態で述べたと同様であり、このため上述した図１乃至図３を援用するものとする。
【００３９】
この第３の実施の形態では、撮影範囲を選択したときに、ステージ２のＺ方向の位置も撮影範囲の座標として記録する。すなわち、第１の実施の形態では、撮影範囲はＸＹ方向の２次元的な情報であったが、Ｚ方向の情報も加えることで、３次元的の位置情報として記録する。
【００４０】
このようにすれば、撮影範囲を選択したときにフォーカス状態を記録できることから、実際に撮影範囲ごとに撮影を行うときに、Ｚ軸を含めてステージ座標を再現できるので、撮影時には、撮影範囲を選択したときと同じフォーカス状態で撮影をすることができる。
【００４１】
本発明の実施の形態には、以下の発明も含まれる。
【００４２】
（１）標本を載置するステージと、
前記ステージに対して対物レンズ光軸を該光軸と直交する面内に相対的に移動させて観察視野を選択する視野選択手段と、
前記ステージに対する前記対物レンズ光軸の前記面内における位置を検出する位置検出手段と、
前記観察視野の範囲内において観察像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で取得された画像を記録する画像記録手段とを具備する顕微鏡写真撮影装置において、
前記観察視野の範囲内において前記撮影手段が撮影する撮影範囲を指定する撮影範囲指定手段と、
指定された前記撮影範囲の前記観察範囲内における位置及び当該撮影範囲の指定を行った観察視野の位置に基づいて当該指定された撮影範囲の位置を前記ステージに対する前記対物レンズ光軸の前記面内における位置に変換して記録する撮影位置算出手段と、
前記撮影位置算出手段に記録された位置に従って前記視野選択手段を駆動することにより撮影範囲指定手段で指定された複数の撮影範囲を所定の時間間隔毎に撮影するとともに取得した画像を前記画像記録手段に記録する撮影制御手段と
を具備する顕微鏡写真撮影装置。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、顕微鏡の観察視野に制限されることなく複数の撮影範囲のタイムラプス撮影を行うことができる顕微鏡写真撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる撮影範囲をデータベースの概略構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態に用いられるモニタの表示例を示す図。
【図４】第１の実施の形態の動作を説明するための図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…顕微鏡本体
２…電動ステージ
３…対物レンズ
３１…レボルバ
４…標本
５…接眼レンズ
６…撮像部
７…制御部
７１…撮影制御部
７２…撮影情報管理部
８…モニタ
９…入力装置
１０…ステージ駆動部
１１…レボルバ駆動部
１２…撮影情報データベース
５０…撮影情報
５１…位置座標
５２…撮影条件
５３…保存場所
１３…画像表示ウインドウ
１４…コントロールウインドウ
１５…細胞
１６、１７…ドロップダウンリスト
１８、１９、２０…エディットボックス
２１…撮影範囲作成ボタン
２２…撮影範囲削除ボタン
２３…撮影開始ボタン
２４…ステージ移動ボタン
２５…撮影範囲
２５ａ…四角部
２６…十字形状
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡画像を一定時間間隔ごとに撮影する顕微鏡写真撮影装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡により標本を観察する方法として、顕微鏡画像を一定時間間隔ごとに撮影（以下、タイムラプス撮影と称する。）するとともに、撮影終了後に一連の撮影画像を再生し、時間的な標本の形態変化を動画像として観察する方法がある。このような方法は、顕微鏡視野内に存在する特定の標本、例えば生きた細胞の時間的変化を観察する方法として極めて有効とされている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、最近、同一条件で培養した細胞に対して複数の試薬の効果を確認するなどの研究分野では、顕微鏡視野外に及ぶ複数の撮影に対してもタイムラプス撮影を行い標本の時間的な形態変化を同時に観察することも要求されている。
【０００４】
ところが、従来のタイムラプス撮影を可能にする方法では、顕微鏡視野範囲に限られており、顕微鏡視野外に及ぶ複数の撮影範囲に対してタイムラプス撮影を行うことはできなかった。
【０００５】
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、顕微鏡の観察視野に制限されることなく複数の撮影範囲のタイムラプス撮影を行うことができる顕微鏡写真撮影装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、標本に集光するための対物レンズを有する顕微鏡本体と、前記顕微鏡本体の視野範囲を選択可能にする前記標本を載置するステージと、前記ステージと前記対物レンズとを前記対物レンズの光軸に対して直交する方向に相対的に移動させることにより選択された複数の顕微鏡視野範囲内において標本像を撮影する撮影手段と、前記撮影手段で撮影された標本像を表示するモニタと、前記ステージを用いて選択された前記複数の顕微鏡視野範囲内で、前記モニタに表示された前記標本像上にて複数の撮影範囲の位置を選択する撮影範囲選択手段と、前記選択された複数の撮影範囲の位置情報と、前記複数の撮影範囲に対応する前記顕微鏡本体の設定情報と、前記複数の撮影範囲をタイムラプス撮影するときの撮影開始時間および撮影間隔を含む撮影条件とを記憶する記憶手段と、前記記憶手段に記憶された前記複数の撮影範囲に対応する前記位置情報、前記設定情報および前記撮影条件に基づいて、前記複数の撮影範囲の撮影を所定の時間間隔で繰り返して各撮影範囲ごとのタイムラプス撮影像を取得し、これらタイムラプス撮影像を、前記モニタの同一画面に撮影範囲ごとに独立して表示可能となるように前記撮影範囲ごとに区別された状態で前記記憶手段に記憶する撮影制御手段と、を具備したことを特徴としている。
【０００７】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記撮影制御手段は、複数の撮影範囲の撮影順序を決める際に、撮影を終了していない撮影範囲の中から最も近い撮影範囲を次の撮影範囲とすることを特徴としている。
【０００８】
請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の発明において、前記ステージは、前記顕微鏡視野を３次元方向に移動可能にする手段を有し、前記記憶手段は、前記撮影範囲の３次元の位置情報を記憶し、前記撮影制御手段は、前記記憶手段に記憶された３次元の位置情報に基づいて、該撮影範囲のフォーカス位置を再現可能にしたことを特徴としている。
【０００９】
この結果、本発明によれば、顕微鏡の視野範囲に制限されることなく、複数の撮影範囲ごとの細胞などについて、ほぼ同時刻の時間的な形態変化をタイムラプス画像として取得することができる。
【００１０】
また、本発明によれば、観察者が任意に選択された撮影範囲を撮影する際に、同一時刻における撮影範囲間の撮影時刻の差を小さくすることができる。
【００１１】
さらに、本発明によれば、各撮影範囲を選択したときと同じフォーカス状態で、これら撮影範囲を撮影することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１３】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明が適用される顕微鏡写真装置の概略構成を示している。図において、１は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１には、視野範囲選択手段としての電動ステージ２と対物レンズ３が対峙して配置されている。電動ステージ２上には、標本４が載置され、この標本４の観察像を対物レンズ３を介して接眼レンズ５で肉眼観察可能にするとともに、ＣＣＤ撮像素子を備えた撮像部６により撮像可能にしている。また、撮像部６には、制御部７が接続されている。
【００１４】
制御部７は、撮影制御部７１および撮影情報管理部７２を有し、また、モニタ８、入力装置９、ステージ駆動部１０およびレボルバ駆動部１１が接続されている。
【００１５】
この場合、制御部７は、具体的として、ＣＰＵ、該ＣＰＵのバスに接続されたＲＡＭ、入出力装置およびハードディスクなどの外部記憶装置から構成され、外部記憶装置に、ＣＰＵを撮影制御部７１および撮影情報管理部７２として作動させるためのプログラムが格納されている。ここで用いられるプログラムは、例えばマイクロソフト社のＷｉｎｄｏｗｓを基本ソフトウェアとして作動し、全ての指令は、マウスなどのポインティングデバイスやキーボードなどの入力装置９を介して与えられるようになっている。また、撮影制御部７１は、撮像部６、ステージ駆動部１０およびレボルバ駆動部１１に対して標本４の撮影に必要な動作を行わせるとともに、撮像部６で撮像された標本像をモニタ８に表示させるようにしている。ステージ駆動部１０は、撮影制御部７１の指示に応じて電動ステージ２を駆動するためのものである。レボルバ駆動部１１は、撮影制御部７１の指示に応じてレボルバ３１を回転させ、所望する倍率の対物レンズ３を光路上に位置させるものである。また、撮影情報管理部７２には、撮影情報データベース１２が接続されている。この撮影情報データベース１２は、図２に示すように各撮影範囲（＃０、＃Ｋ、＃Ｎは撮影範囲の番号を示す）の撮影範囲ごとに撮影情報５０が記憶されている。この場合、各撮影情報５０は、（Ｘ０，Ｙ０）（Ｘ１，Ｙ１）で表わされる後述する撮影範囲２５の位置座標５１、撮影条件５２およびタイムラプス撮影画像の保存場所５３からなっている。また、タイムラプス撮影画像は、一般的に、膨大な容量になることが知られており、このため、本発明では、ハードディスクにファイルとして保存する。各保存場所５３には保存に使用するファイル名が入っている。さらに＃０〜＃Ｎの各撮影範囲のタイムラプス撮影像は、最初の撮像画像、次の撮像画像のように各撮影時間ごとにシーケンシャルに並んでいる。このときのフォーマットは、ＷｉｎｄｏｗｓのＡＶＩファイル形式でもよいし、他のフォーマットであってもよい。
【００１６】
なお、電動ステージ２は機械的原点を有している。そして、撮影制御部７１は、この機械的原点を基点としてステージ駆動部１０に対して指示した移動量を内部的に管理することによって、電動ステージ２の現在の位置座標を認識できるようになっている。すなわち、撮影制御部７１は、電動ステージ２に対する対物レンズ３の光軸の位置を検出する位置検出手段としての機能を有し、観察視野の現在位置として電動ステージ２の現在の位置座標を出力する。(別の構成として、電動ステージ２の現在位置を検出する位置検出手段を別途設け、この位置検出手段によって直接的に電動ステージ２の位置座標を認識するように構成することもできる。)
次に、このように構成した実施の形態の動作を説明する。
【００１７】
まず、タイムラプス撮影のための準備を行う。
【００１８】
最初に、制御部７の撮影制御部７１によりモニタ８の画面上に図３に示す顕微鏡画像を表示する画像表示ウインドウ１３と撮影範囲の作成や撮影時間などを設定するコントロールウインドウ１４を表示させる。この場合、画像表示ウインドウ１３には、顕微鏡画像上の複数の細胞１５が表示される。この顕微鏡画像は、電動ステージ２上の標本４の観察像を対物レンズ３を介して撮像部６により撮像したものである。また、コントロールウインドウ１４には、現在使用している対物レンズの倍率を選択するドロップダウンリスト１６、撮影時の対物レンズの倍率を選択するドロップダウンリスト１７が表示されるとともに、何分後に撮影を開始するかを指定するエディットボックス１８、撮影を開始してから何分間タイムラプス撮影を行うか指定するエディットボックス１９、撮影をしてから次の撮影までの間隔時間を指定するエディットボックス２０が表示され、さらに、撮影時の対物レンズの倍率に相当する撮影範囲を作成する撮影範囲作成ボタン２１、撮影範囲を削除する撮影範囲削除ボタン２２、撮影開始ボタン２３および電動ステージ２の移動を制御するステージ移動ボタン２４が表示される。
【００１９】
この状態で、撮影範囲を決定する。まず、ステージ移動ボタン２４を操作してステージ２全体を移動させ顕微鏡視野を選択する。ここでのステージ移動ボタン２４は、上下、左右、右上、右下、左上、左下の合計８方向の矢印を有し、これら矢印の方向に従ってステージ２を移動可能にしており、例えば、上または下方向の矢印を押すとＸ方向にステージ２を移動し、右または左方向の矢印を押すとＹ方向にステージ２を移動するようにしている。なお、中央の白丸のボタンは、ステージ２をホームポジションに移動させるためのものである。
【００２０】
次に、撮影範囲作成ボタン２１を押す。すると、画像表示ウインドウ１３の顕微鏡画像の中心位置に、撮影時の対物レンズ３の倍率に相当する矩形状の撮影範囲２５が表示される。
【００２１】
そして、撮影範囲２５にマウスカーソルを移動させて図示しないマウスボタンを押すと、撮影範囲２５の四隅に小さな四角部２５ａが表示され選択状態になるとともに、マウスカーソルが十字形状２６に変化する。この状態で、マウスボタンを押し続けたままマウスカーソルを移動させることで、撮影範囲２５を、撮影したい細胞１５が含まれる位置まで移動することができ、その後、マウスボタンを離すと撮影範囲２５の位置が確定される。
【００２２】
次に、このようにして作成された撮影範囲２５のステージ座標系での位置を計算する。この場合の位置座標は、現在のステージ２の座標と、撮影範囲２５のピクセル座標と、１ピクセルのステージ座標系での大きさから計算される。なお、この時の撮影範囲２５の位置座標は、矩形情報として左上（Ｘ０，Ｙ０）、右下（Ｘ１，Ｙ１）が計算される。
【００２３】
ここで、現在のステージ２の座標は、撮影範囲の指定を行ったときの観察視野の位置に対応する。撮影範囲２５のピクセル座標は、指定された撮影範囲２５の観察視野内における位置に対応する。そして、１ピクセルのステージ座標系での大きさは、表示画面の１ピクセルが対応するステージ上での距離である。従って、ピクセル座標として観察視野の光軸中心を原点に取ったＸＹ座標系を用いれば、撮影範囲２５のピクセル座標をステージ上での距離に換算した値を観察視野の位置に加えることによって、指定された撮影範囲２５の位置をステージ上での対物光軸の位置に置き換えることができる。
【００２４】
このようにして計算された撮影範囲２５の位置座標は、「番号＃０の撮影範囲」の位置情報である。計算された位置座標（Ｘ０，Ｙ０）、（Ｘ１，Ｙ１）は、＃０の撮影情報５０を構成する位置情報５１として記憶される。また、ドロップダウンリスト１７で指定された撮影時の対物レンズ倍率やその他の顕微鏡本体の観察条件設定情報が、＃０の撮影情報５０を構成する撮影条件５２として記憶される。さらに、この撮影範囲を撮影した画像データを保存するファイル名が＃０の撮影情報５０を構成する保存場所として記憶される。
【００２５】
以下、所望する撮影範囲２５を順に選択して同様な操作を行うことにより、各撮影範囲＃０〜＃Ｎの撮影情報５０が撮影情報データベース１２に記憶される。
【００２６】
また、異なる顕微鏡視野の範囲外の領域で撮影範囲を選択したい場合は、ステージ移動ボタン２４を操作しステージ２全体を移動させる。すると、ステージ２の移動に伴ってモニタ８上に表示される観察像も移動するから、モニタ８を見ながら顕微鏡視野を選択し直した後、上述したと同様にして撮影範囲の選択を行う。
【００２７】
なお、一旦形成した撮影範囲２５を削除したい場合は、マウスカーソルで削除したい撮影範囲２５を選択し、この状態で、撮影範囲削除ボタン２２を押すと、該当する撮影範囲２５は削除される。この場合、撮影情報データベース１２から選択された撮影範囲２５の撮影情報５０が削除され、空いた部分に、後続の撮影範囲２５の撮影情報５０が詰めて記憶される。
【００２８】
そして、最後に、エディットボックス１８に何分後に撮影を開始するかのデータをとともに、エディットボックス１９に撮影を開始してから何分間タイムラプス撮影を行うかのデータを書き込み、さらにエディットボックス２０に撮影をしてから次の撮影までの間隔時間のデータを書き込み、タイムラプス撮影のための準備が完了する。
【００２９】
次に、このような撮影準備に基づいて実際のタイムラプス撮影が行われる。
【００３０】
この場合、図５に示すフローチャートにおいて、モニタ８のコントロールウインドウ１４上で撮影開始ボタン２３を押すと、撮影像の番号を示すカウンタＪを初期化する（Ｓｔｅｐ１）。カウンタＪは、図２に示す撮影範囲の撮影像の番号（＃０〜＃Ｎ）を示す。そして、撮影制御部７１により図示しないタイマが起動される（Ｓｔｅｐ２）。そして、エディットボックス１８に書き込まれた時間が経過すると（Ｓｔｅｐ３）、撮影情報５０の番号を示すカウンタＫを初期化してＫ＝０とする（Ｓｔｅｐ４）。次に、撮影情報データベース１２から、まず、Ｋ＝０に対応する撮影情報５０が読み出され（Ｓｔｅｐ５）、このときの撮影範囲２５の位置座標５１に基づいてステージ２が移動し、撮影範囲２５を顕微鏡視野範囲に位置させる（Ｓｔｅｐ６）。また、Ｋ＝０に対応する撮影条件５２が読み出され、このときの撮影条件５２に基づいて顕微鏡本体１の対物レンズ３の倍率などの光学系条件が設定される（Ｓｔｅｐ７）。そして、この状態から、Ｋ（最初はＫ＝０）の撮影範囲２５での観察像が対物レンズ３を介して撮像部６により撮像され、最初のタイムラプス撮影像Ｊ(最初はＪ＝１なので、図４でのＡ１)として、撮影情報データベース１２に記憶される（Ｓｔｅｐ８）。
【００３１】
次に、Ｋをカウントアップし（Ｓｔｅｐ９）、Ｓｔｅｐ５に戻ることにより（Ｓｔｅｐ１０）、次の撮影範囲２５の撮影情報５０が読み出され（Ｓｔｅｐ５）、上述したと同様にして（Ｓｔｅｐ６、Ｓｔｅｐ７）、次の撮影範囲２５の観察像が対物レンズ３を介して撮像部６により撮像されて、Ｋ（Ｋはカウントアップされたので、１）の撮影範囲の最初のタイムラプス撮影像Ｊ(最初はＪ＝１なので図４におけるＢ１)として、撮影情報データベース１２に記憶される（Ｓｔｅｐ８）。
【００３２】
以下、同様にして各撮影範囲２５の撮影情報５０が順番に読み出されることにより、＃Ｎの撮影情報５０の撮影範囲２５まで（Ｓｔｅｐ１０）、最初のタイムラプス撮影像（Ｊ＝１）が撮影情報データベース１２に記憶される。そして、次にカウンタＪをカウントアップすることで、次にタイムラプス像を保存する場所を指定する（Ｓｔｅｐ１２）。このようなタイムラプス撮影は、エディットボックス２０に書き込まれた時間間隔で繰り返される（Ｓｔｅｐ１３）。これにより、撮影情報データベース１２には、＃０の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ａ１、Ａ２、Ａ３…、＃１の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…、〜、＃Ｎの撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…がそれぞれシーケンシャルに並んで記憶される。そして、このような動作は、エディットボックス１９に書き込まれたタイムラプス撮影時間が経過するまで続けられる（Ｓｔｅｐ１１）。
【００３３】
そして、これら＃０の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ａ１、Ａ２、Ａ３…、＃１の撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３…、〜、＃Ｎの撮影範囲２５の各撮影時間ごとのタイムラプス撮影像Ｃ１、Ｃ２、Ｃ３…を、撮影制御部７１を介してモニタ８上に連続して表示させれば、＃０〜＃Ｎの撮影範囲２５ごとに動画像Ａ、Ｂ、Ｃとして観察することができる。
【００３４】
従って、このようにすれば、電動ステージ２を移動させて顕微鏡視野範囲を選択しながら複数の撮影範囲２５を選択して、これら撮影範囲２５の撮影情報５０を撮影情報データベース１２に記憶させ、その後、これら撮影範囲２５の撮影を所定の時間間隔で繰り返して各撮影範囲ごとのタイムラプス撮影像を取得するようにしたので、顕微鏡視野の範囲内に制限されることなく、各撮影範囲２５に対して、細胞１５の、ほぼ同時刻の時間的な形態変化を画像として取得することができる。また、対物レンズ倍率のような撮影条件も各撮影範囲毎に任意に設定することができる。
【００３５】
（第２の実施の形態）
この第２の実施の形態では、撮影範囲から次の撮影範囲に移動する移動量を少なくすることにより、複数の撮影範囲での撮影時刻の差を小さくするようにしている。この場合、各撮影範囲に電動ステージ２を移動する順番を変更する以外は、第１の実施の形態で述べたと同様であり、このため上述した図１乃至図３を援用するものとする。つまり、この第２の実施の形態では、各時間間隔ごとに撮影するときに、最初の撮影範囲の撮影が終了し、次の撮影範囲に移動するときに、最も近い撮影範囲をデータベース１２から検索し、次の撮影範囲とし、次も、同様にして撮影を終了していない撮影範囲のなかから、最も近い撮影範囲を選択し、撮影するという処理を繰り返す。
【００３６】
このようにすれば、観察者により選択された撮影範囲を撮影する際に、同一時刻における撮影範囲間の撮影時刻の差を小さくすることができるので、それぞれの撮影範囲において精度の高いタイムラプス撮影を行うことができる。
【００３７】
なお、ここでは、撮影するときに、次の撮影する範囲を検索するようにしているが、予め撮影情報データベース１２内の撮影情報５０の順番を撮影範囲の近い順に並べ替えるようにしてもよい。
【００３８】
（第３の実施の形態）
この第３の実施の形態では、第１の実施の形態での電動ステージ２が、さらに上下（Ｚ）方向に移動できる構成になっていて、この移動量を撮影制御部７１により制御できるようにしている。その他は、第１の実施の形態で述べたと同様であり、このため上述した図１乃至図３を援用するものとする。
【００３９】
この第３の実施の形態では、撮影範囲を選択したときに、ステージ２のＺ方向の位置も撮影範囲の座標として記録する。すなわち、第１の実施の形態では、撮影範囲はＸＹ方向の２次元的な情報であったが、Ｚ方向の情報も加えることで、３次元的の位置情報として記録する。
【００４０】
このようにすれば、撮影範囲を選択したときにフォーカス状態を記録できることから、実際に撮影範囲ごとに撮影を行うときに、Ｚ軸を含めてステージ座標を再現できるので、撮影時には、撮影範囲を選択したときと同じフォーカス状態で撮影をすることができる。
【００４１】
本発明の実施の形態には、以下の発明も含まれる。
【００４２】
（１）標本を載置するステージと、
前記ステージに対して対物レンズ光軸を該光軸と直交する面内に相対的に移動させて観察視野を選択する視野選択手段と、
前記ステージに対する前記対物レンズ光軸の前記面内における位置を検出する位置検出手段と、
前記観察視野の範囲内において観察像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で取得された画像を記録する画像記録手段とを具備する顕微鏡写真撮影装置において、
前記観察視野の範囲内において前記撮影手段が撮影する撮影範囲を指定する撮影範囲指定手段と、
指定された前記撮影範囲の前記観察範囲内における位置及び当該撮影範囲の指定を行った観察視野の位置に基づいて当該指定された撮影範囲の位置を前記ステージに対する前記対物レンズ光軸の前記面内における位置に変換して記録する撮影位置算出手段と、
前記撮影位置算出手段に記録された位置に従って前記視野選択手段を駆動することにより撮影範囲指定手段で指定された複数の撮影範囲を所定の時間間隔毎に撮影するとともに取得した画像を前記画像記録手段に記録する撮影制御手段と
を具備する顕微鏡写真撮影装置。
【００４３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、顕微鏡の観察視野に制限されることなく複数の撮影範囲のタイムラプス撮影を行うことができる顕微鏡写真撮影装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態に用いられる撮影範囲をデータベースの概略構成を示す図。
【図３】第１の実施の形態に用いられるモニタの表示例を示す図。
【図４】第１の実施の形態の動作を説明するための図。
【図５】第１の実施の形態の動作を説明するためのフローチャート。
【符号の説明】
１…顕微鏡本体
２…電動ステージ
３…対物レンズ
３１…レボルバ
４…標本
５…接眼レンズ
６…撮像部
７…制御部
７１…撮影制御部
７２…撮影情報管理部
８…モニタ
９…入力装置
１０…ステージ駆動部
１１…レボルバ駆動部
１２…撮影情報データベース
５０…撮影情報
５１…位置座標
５２…撮影条件
５３…保存場所
１３…画像表示ウインドウ
１４…コントロールウインドウ
１５…細胞
１６、１７…ドロップダウンリスト
１８、１９、２０…エディットボックス
２１…撮影範囲作成ボタン
２２…撮影範囲削除ボタン
２３…撮影開始ボタン
２４…ステージ移動ボタン
２５…撮影範囲
２５ａ…四角部
２６…十字形状
Claims (3)
- 標本に集光するための対物レンズを有する顕微鏡本体と、
前記顕微鏡本体の視野範囲を選択可能にする前記標本を載置するステージと、
前記ステージと前記対物レンズとを前記対物レンズの光軸に対して直交する方向に相対的に移動させることにより選択された複数の顕微鏡視野範囲内において標本像を撮影する撮影手段と、
前記撮影手段で撮影された標本像を表示するモニタと、
前記ステージを用いて選択された前記複数の顕微鏡視野範囲内で、前記モニタに表示された前記標本像上にて複数の撮影範囲の位置を選択する撮影範囲選択手段と、
前記選択された複数の撮影範囲の位置情報と、前記複数の撮影範囲に対応する前記顕微鏡本体の設定情報と、前記複数の撮影範囲をタイムラプス撮影するときの撮影開始時間および撮影間隔を含む撮影条件とを記憶する記憶手段と、
前記記憶手段に記憶された前記複数の撮影範囲に対応する前記位置情報、前記設定情報および前記撮影条件に基づいて、前記複数の撮影範囲の撮影を所定の時間間隔で繰り返して各撮影範囲ごとのタイムラプス撮影像を取得し、これらタイムラプス撮影像を、前記モニタの同一画面に撮影範囲ごとに独立して表示可能となるように前記撮影範囲ごとに区別された状態で前記記憶手段に記憶する撮影制御手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡写真撮影装置。 - 前記撮影制御手段は、複数の撮影範囲の撮影順序を決める際に、撮影を終了していない撮影範囲の中から最も近い撮影範囲を次の撮影範囲とすることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡写真撮影装置。
- 前記ステージは、前記顕微鏡視野を３次元方向に移動可能にする手段を有し、前記記憶手段は、前記撮影範囲の３次元の位置情報を記憶し、前記撮影制御手段は、前記記憶手段に記憶された３次元の位置情報に基づいて、該撮影範囲のフォーカス位置を再現可能にしたことを特徴とする請求項１または２記載の顕微鏡写真撮影装置。
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