顕微鏡制御装置及び処理範囲決定方法
【課題】位相差光学系を用いたデフォーカス量検出処理において、デフォーカス量の検出可能範囲内に観察対象をより高速に配置することが可能な顕微鏡制御装置及び処理範囲決定方法を提供すること。
【解決手段】本発明に係る顕微鏡制御装置は、サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、サンプルの焦点位置を調整する駆動制御部と、複数の焦点位置で顕微鏡により撮像されたサンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する評価値算出部と、算出された合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する処理範囲決定部と、を備える。
【解決手段】本発明に係る顕微鏡制御装置は、サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、サンプルの焦点位置を調整する駆動制御部と、複数の焦点位置で顕微鏡により撮像されたサンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する評価値算出部と、算出された合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する処理範囲決定部と、を備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡制御装置及び処理範囲決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞組織スライド等のサンプルを観察する顕微鏡を用いて、サンプルの顕微鏡による観察像をデジタル画像として保存し、保存したデジタル画像をインターネットやイントラネット上に設けられた他の装置で観察する技術が提案されている（例えば、以下の特許文献１を参照。）。このような技術を用いることで、ネットワークを用いて遠隔地の医師が病理診断を行う、いわゆるテレパソロジー（ｔｅｌｅｐａｔｈｏｌｏｇｙ）の発展を促すことが可能となる。
【０００３】
ここで、顕微鏡の観察対象である細胞組織等のサンプルは、サンプルが載置されたスライドの厚みと観察面から上方に位置するカバーガラス等の厚みによって光路長が変化するために、サンプルに応じて焦点位置が変化することとなる。そのため、上述のような顕微鏡では、観察対象を明瞭に撮像するための焦点調整動作が必要となる。
【０００４】
従来の顕微鏡では、かかる焦点調整のために、主鏡筒画像（サンプルの拡大画像）を利用した山登り方式によるオートフォーカス機能が用いられてきた。しかしながら、主鏡筒は、顕微鏡特有の拡大光学系であり、非常に狭い被写界深度（１μｍ程度）となっている。そのため、サンプルが載置されるステージと撮像素子との間の相対的な位置関係（数ｍｍ〜数百μｍの範囲）の中から最適なフォーカス状態となる位置を検出することが求められる。この場合に、山登り方式のオートフォーカス機能では、相当量の画像撮像を行いながら最適な焦点位置を探索せねばならず、非常に多くの時間を要するという問題がある。
【０００５】
かかる問題を解決する方法の一つとして、以下の特許文献２では、主撮像素子とは別に、分岐した光路に主撮像素子よりも高速に画像読み出しの可能な撮像装置を配置し、顕微鏡のオートフォーカスを高速に行う手法が提案されている。この手法では、水平方向に隣接する保存画像の撮像位置にて、フォーカス位置が近接した範囲にあることを前提として、高速な補助カメラを用いてウォブリングしながら３枚の補助画像を用いて隣接タイルの焦点位置を決定する。
【０００６】
しかしながら、この特許文献２に記載の手法は、隣接タイルでは焦点位置が光軸方向に近接していることを前提として、非常に狭い探索範囲でのみ有効なものであり、オートフォーカス機能において最初の焦点位置を探索する場合や、不連続な焦点面を持つサンプルを撮像する場合には、いわゆる山登り方式などを利用して広範囲な探索を時間をかけて実施する必要があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２２２８０１号公報
【特許文献２】米国特許公報７，５７６，３０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
また、顕微鏡において高速なオートフォーカス機能を実現するために、観察対象のデフォーカス位置を取得する位相差光学系を用いたオートフォーカス装置を顕微鏡に付加することが考えられる。かかる場合、サンプルを透過した光を撮像素子に結像させる結像光学系の光軸上に光線分岐素子を設置して、サンプルを透過した光の一部を、上記位相差光学系へと導くこととなる。かかる位相差光学系を利用したオートフォーカス装置では、一組の位相差像から得られる位相差（視差）をデフォーカス量に変換することで、高精度を維持したまま極めて高速に焦点位置を検出することが可能である。
【０００９】
本発明者は、このような位相差光学系を用いた方式について検討を行ったところ、デフォーカス量が大きくなりすぎると、視差を特定するための局所領域が位相差像から逸脱して消失するため、焦点位置の検出範囲に制限があるという問題を見出した。かかる問題のために、位相差光学系を用いた方式では、位相差像における観測面が位相差デフォーカス量の検出可能範囲内に収まっていることが必要となる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、位相差光学系を用いたデフォーカス量検出処理において、デフォーカス量の検出可能範囲内に観察対象をより高速に配置することが可能な、顕微鏡制御装置及び処理範囲決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整する駆動制御部と、複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する評価値算出部と、算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する処理範囲決定部と、を備える顕微鏡制御装置が提供される。
【００１２】
前記処理範囲決定部は、前記合焦度の評価値が最大値となる前記焦点位置を基準として、前記デフォーカス量検出処理の処理範囲を決定することが好ましい。
【００１３】
前記駆動制御部は、前記焦点位置の変化幅を、前記デフォーカス量検出処理において前記デフォーカス量を検出可能な検出幅よりも小さく設定し、当該変化幅ごとに前記ステージ又は鏡筒の少なくとも何れかの位置を変化させることが好ましい。
【００１４】
前記評価値算出部は、前記複数の焦点位置における前記位相差像間で同一のサンプル部分を、前記局所的な領域とすることが好ましい。
【００１５】
前記評価値算出部は、前記焦点位置に応じて、前記局所的な領域の前記位相差像内での位置を変更することが好ましい。
【００１６】
前記合焦度の評価値は、前記局所的な領域での前記位相差像の輪郭強度の分散値であってもよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整するステップと、複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出するステップと、算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定するステップと、を含む処理範囲決定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、位相差光学系を用いたデフォーカス量検出処理において、デフォーカス量の検出可能範囲内に観察対象をより高速に配置することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡画像管理システムを示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る顕微鏡及び顕微鏡制御装置の全体構成を示した説明図である。
【図３】サンプルの拡大像及び位相差像の一例を示した説明図である。
【図４】位相差像に基づいて生成される位相差情報の一例を示した説明図である。
【図５】ステージ位置と位相差及び解像度との関係を示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る顕微鏡制御装置が備える統括制御部の構成を示したブロック図である。
【図７】同実施形態に係る統括制御部が備える処理範囲算出部の構成を示したブロック図である。
【図８】合焦度の評価値を算出する算出領域の位置とステージ位置との関係を示した説明図である。
【図９Ａ】合焦度の評価値について説明するための説明図である。
【図９Ｂ】合焦度の評価値について説明するための説明図である。
【図１０Ａ】処理範囲の決定方法について説明するための説明図である。
【図１０Ｂ】処理範囲の決定方法について説明するための説明図である。
【図１０Ｃ】処理範囲の決定方法について説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
なお、説明は、以下の順序で行うものとする。
（１）第１の実施形態
（１−１）顕微鏡画像管理システムについて
（１−２）顕微鏡の全体構成について
（１−３）顕微鏡制御装置の全体構成について
（１−４）デフォーカス検出方式についての検討
（１−５）統括制御部の構成について
（１−６）処理範囲決定方法の流れについて
（２）本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置のハードウェア構成について
（３）まとめ
【００２２】
なお、以下では、顕微鏡が撮像するサンプルとして、血液等の結合組織、上皮組織又はそれらの双方の組織などの組織切片又は塗抹細胞からなる生体サンプル（細胞組織サンプル）を例に挙げて説明を行うが、かかる場合に限定されるわけではない。
【００２３】
（第１の実施形態）
＜顕微鏡画像管理システムについて＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１の構成を示した説明図である。
【００２４】
本実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１は、図１に示したように、顕微鏡１０と、顕微鏡制御装置２０と、画像管理サーバ３０と、画像表示装置４０とを有する。また、顕微鏡制御装置２０、画像管理サーバ３０及び画像表示装置４０は、ネットワーク３を介して接続されている。
【００２５】
ネットワーク３は、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０、画像管理サーバ３０及び画像表示装置４０を互いに双方向通信可能に接続する通信回線網である。このネットワーク３は、例えば、インターネット、電話回線網、衛星通信網、同報通信路等の公衆回線網や、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ−Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ワイヤレスＬＡＮ等の専用回線網などで構成されており、有線／無線を問わない。また、このネットワーク３は、本実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１に専用に設けられた通信回線網であってもよい。
【００２６】
顕微鏡１０は、当該顕微鏡１０のステージ上に載置されたサンプル（例えば生体サンプル）に対して所定の照明光を照射して、このサンプルを透過した光、又は、サンプルからの発光等を撮像する。本実施形態に係る顕微鏡１０の全体構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００２７】
顕微鏡１０は、顕微鏡制御装置２０によって駆動制御されており、顕微鏡１０が撮像したサンプル画像は、顕微鏡制御装置２０を介して画像管理サーバ３０に格納される。
【００２８】
顕微鏡制御装置２０は、サンプルを撮像する顕微鏡１０の駆動制御を行う装置である。顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡１０を制御して、サンプルのデジタル画像を撮像するとともに、得られたサンプルのデジタル画像データに対して、所定のデジタル加工処理を実施する。また、顕微鏡制御装置２０は、得られたサンプルのデジタル画像データを、画像管理サーバ３０にアップロードする。
【００２９】
画像管理サーバ３０は、顕微鏡１０によって撮像されたサンプルのデジタル画像データを格納するとともに、これらデジタル画像データの管理を行う装置である。画像管理サーバ３０は、顕微鏡制御装置２０からサンプルのデジタル画像データが出力されると、取得したサンプルのデジタル画像データを所定の格納領域に格納して、閲覧者が利用可能なようにする。また、画像管理サーバ３０は、閲覧者が操作する画像表示装置４０（すなわち、ビューワーに対応する装置）から、あるサンプルのデジタル画像データの閲覧を要請されると、該当するサンプルのデジタル画像データを画像表示装置４０に提供する。
【００３０】
画像表示装置４０は、サンプルのデジタル画像データの閲覧を希望する閲覧希望者が操作する端末（すなわち、ビューワーに対応する装置）である。デジタル画像データの閲覧希望者は、画像管理サーバ３０に格納されているデジタル画像データの一覧等を参照して、閲覧を希望するデジタル画像データを特定するとともに、特定したデジタル画像データを提供するように、画像管理サーバ３０に対して要請する。画像管理サーバ３０からデジタル画像データが提供されると、提供されたデジタル画像データに対応する画像を、画像表示装置４０のディスプレイ等に表示して、閲覧希望者が閲覧できるようにする。
【００３１】
なお、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０及び画像管理サーバ３０の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００３２】
また、図１では、システム１に属する顕微鏡１０、顕微鏡制御装置２０及び画像管理サーバ３０がそれぞれ１台ずつ存在する場合について図示しているが、顕微鏡画像管理システム１に属する顕微鏡１０、顕微鏡制御装置２０及び画像管理サーバ３０の台数は図１の例に限定されるわけではなく、それぞれ複数台ずつ存在していてもよい。
【００３３】
＜顕微鏡の全体構成について＞
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡１０の全体構成について説明する。図２は、本実施形態に係る顕微鏡１０及び顕微鏡制御装置２０の全体構成を示した説明図である。
【００３４】
［全体構成］
本実施形態に係る顕微鏡１は、図２に例示したように、生体サンプルＳＰＬが配設されるプレパラートＰＲＴ全体の像（以下、この像をサムネイル像とも称する。）を撮像するサムネイル像撮像部１１０と、生体サンプルＳＰＬが所定倍率で拡大された像（以下、この像を拡大像とも称する。）を撮像する拡大像撮像部１２０と、を有する。また、拡大像撮像部１２０には、拡大像撮像部１２０中に存在する照明視野絞りのデフォーカス（ｄｅｆｏｃｕｓ）量を検出するためのデフォーカス量検出部１３０が設けられている。
【００３５】
プレパラートＰＲＴは、血液等の結合組織、上皮組織又はそれらの双方の組織などの組織切片又は塗抹細胞からなる生体サンプルＳＰＬを、所定の固定手法によりスライドガラスに固定したものである。これらの組織切片又は塗抹細胞には、必要に応じて各種の染色が施される。この染色には、ＨＥ（ヘマトキシリン・エオシン）染色、ギムザ染色、パパニコロウ染色、チール・ネールゼン染色、グラム染色等に代表される一般染色のみならず、ＦＩＳＨ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）や酵素抗体法等の蛍光染色が含まれる。
【００３６】
本実施形態に係る顕微鏡１０には、上述のようなプレパラートＰＲＴが載置されるステージ１４０が設けられており、更に、ステージ１４０を様々な方向に移動させるためのステージ駆動機構１４１が設けられている。このステージ駆動機構１４１により、ステージ１４０を、ステージ面に対して平行となる方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）と、直交する方向（Ｚ軸方向）に自由に移動させることができる。
【００３７】
また、拡大像撮像部１２０には、照明視野絞りピント調整部の一例であるコンデンサレンズ駆動機構１４２が設けられている。
【００３８】
更に、本実施形態に係る顕微鏡１０には、サンプルＳＰＬを含むプレパラートＰＲＴをステージ１４０に搬送するサンプル搬送装置１５０が設けられていても良い。かかる搬送装置１５０を設けることで、ステージ１４０に、撮像予定のサンプルが自動的に設置されるようになり、サンプルＳＰＬの入れ替えを自動化することが可能となる。
【００３９】
［サムネイル像撮像部］
サムネイル像撮像部１１０は、図２に示したように、光源１１１と、対物レンズ１１２と、撮像素子１１３と、を主に備える。
【００４０】
光源１１１は、ステージ１４０のプレパラート配置面とは逆の面側に設けられる。光源１１１は、一般染色が施された生体サンプルＳＰＬを照明する光（以下、明視野照明光、又は、単に照明光とも称する。）と、特殊染色が施された生体サンプルＳＰＬを照明する光（以下、暗視野照明光とも称する。）とを切り換えて照射可能である。また、光源１１１は、明視野照明光又は暗視野照明光のいずれか一方だけを照射可能なものであってもよい。この場合、光源１１１として、明視野照明光を照射する光源と、暗視野照明光を照射する光源の２種類の光源が設けられることとなる。
【００４１】
更に、サムネイル像撮像部１１０には、プレパラートＰＲＴに貼付されたラベルに記載されている付帯情報を撮像するための光を照射するラベル光源（図示せず。）が別途設けられていてもよい。
【００４２】
所定倍率の対物レンズ１１２は、プレパラート配置面におけるサムネイル像撮像部１１０の基準位置の法線を光軸ＳＲＡとして、ステージ１４０のプレパラート配置面側に配設される。ステージ１４０上に配設されたプレパラートＰＲＴを透過した透過光は、この対物レンズ１１２によって集光されて、対物レンズ１１２の後方（すなわち、照明光の進行方向）に設けられた撮像素子１１３に結像する。
【００４３】
撮像素子１１３には、ステージ１４０のプレパラート配置面に載置されたプレパラートＰＲＴ全体を包括する撮像範囲の光（換言すれば、プレパラートＰＲＴ全体を透過した透過光）が結像する。この撮像素子１１３上に結像した像が、プレパラートＰＲＴ全体を撮像した顕微鏡画像であるサムネイル像となる。
【００４４】
［拡大像撮像部］
拡大像撮像部１２０は、図２に示したように、光源２１と、コンデンサレンズ１２２と、対物レンズ１２３と、撮像素子１２４と、を主に備える。また、拡大像撮像部１２０には、更に、照明視野絞り（図示せず。）が設けられている。
【００４５】
光源１２１は、明視野照明光を照射するものであり、ステージ１４０のプレパラート配置面とは逆の面側に設けられる。また、光源１２１とは異なる位置（例えばプレパラート配置面側）には、暗視野照明光を照射する光源（図示せず。）が設けられる。
【００４６】
コンデンサレンズ１２２は、光源１２１から照射された明視野照明光や、暗視野照明用の光源から照射された暗視野照明光を集光して、ステージ１４０上のプレパラートＰＲＴに導くレンズである。このコンデンサレンズ１２２は、プレパラート配置面における拡大像撮像部１２０の基準位置の法線を光軸ＥＲＡとして、光源１２１とステージ１４０との間に配設される。また、コンデンサレンズ駆動機構１４２は、このコンデンサレンズ１２２を光軸ＥＲＡ方向に沿って駆動することが可能である。コンデンサレンズ１２２は、コンデンサレンズ駆動機構１４２によって、光軸ＥＲＡ上の位置を変えることができる。
【００４７】
所定倍率の対物レンズ１２３は、プレパラート配置面における拡大像撮像部１２０の基準位置の法線を光軸ＥＲＡとして、ステージ１４０のプレパラート配置面側に配設される。拡大像撮像部１２０では、この対物レンズ１２３を適宜交換することで、生体サンプルＳＰＬを様々な倍率に拡大して撮像することが可能となる。ステージ１４０上に配設されたプレパラートＰＲＴを透過した透過光は、この対物レンズ１２３によって集光されて、対物レンズ１２３の後方（すなわち、照明光の進行方向）に設けられた撮像素子１２４に結像する。
【００４８】
なお、対物レンズ１２３と撮像素子１２４との間の光軸ＥＲＡ上には、ビームスプリッター１３１が設けられていてもよい。かかるビームスプリッター１３１が設けられている場合には、対物レンズ１２３を透過した透過光の一部が、後述するデフォーカス量検出部１３０へと導かれる。
【００４９】
撮像素子１２４には、撮像素子１２４の画素サイズ及び対物レンズ１２３の倍率に応じて、ステージ１４０のプレパラート配置面上における所定の横幅及び縦幅からなる撮像範囲の像が結像される。なお、対物レンズ１２３により生体サンプルＳＰＬの一部が拡大されるため、上述の撮像範囲は、撮像素子１１３の撮像範囲に比べて十分に狭い範囲となる。
【００５０】
ここで、サムネイル像撮像部１１０及び拡大像撮像部１２０は、図２に示したように、それぞれの基準位置の法線である光軸ＳＲＡと光軸ＥＲＡとがＹ軸方向に距離Ｄだけ離れるように配置される。この距離Ｄは、撮像素子１１３の撮像範囲に拡大像撮像部１２０の対物レンズ１２３を保持する鏡筒（図示せず）が写りこむことなく、かつ小型化のために近い距離に設定される。
【００５１】
［デフォーカス量検出部］
デフォーカス量検出部１３０は、図２に示したように、ビームスプリッター１３１と、フィールドレンズ１３２と、セパレータレンズ１３３と、撮像素子１３４と、を主に備える。
【００５２】
ビームスプリッター１３１は、先に説明したように、拡大像撮像部１２０の対物レンズ１２３と撮像素子１２４との間の光軸ＥＲＡ上に設けられており、対物レンズ１２３を透過した透過光の一部を反射させる。換言すれば、ビームスプリッター１３１によって、対物レンズ１２３を透過した透過光は、撮像素子１２４へと向かう透過光と、後述するデフォーカス量検出部１３０内のフィールドレンズ１３２へと向かう反射光とに分岐される。
【００５３】
ビームスプリッター１３１によって分岐された反射光の進行方向側には、フィールドレンズ１３２が設けられる。このフィールドレンズ１３２は、ビームスプリッター１３１によって分岐された反射光を集光して、フィールドレンズ１３２の後方（反射光の進行方向側）に設けられたセパレータレンズ１３３へと導く。
【００５４】
セパレータレンズ１３３は、フィールドレンズ１３２から導光された光束を２つの光束へと分割する。分割された光束は、セパレータレンズ１３３の後方（反射光の進行方向側）に設けられた撮像素子１３４の結像面に対して、１組の被写体像を形成する。
【００５５】
撮像素子１３４には、セパレータレンズ１３３を透過した光がそれぞれ結像する。その結果、撮像素子１３４の撮像面には、１組の被写体像が形成されることとなる。セパレータレンズ１３３には、フィールドレンズ１３２を射出した様々な方向の光束が入射するため、形成される１組の被写体像間には、位相差が存在する。以下では、この１組の被写体像を、位相差像と称することとする。
【００５６】
次に、図３を参照しながら、拡大像撮像部１２０により撮像される拡大像と、デフォーカス量検出部１３０により撮像される位相差像の一例について、簡単に説明する。図３は、サンプルの拡大像及び位相差像の一例を示した説明図である。
【００５７】
本実施形態に係る顕微鏡１０では、対物レンズ１２３の後方にビームスプリッター１３１が設けられ、対物レンズ１２３を透過した光束が、拡大像撮像部１２０に設けられた撮像素子１２４と、デフォーカス量検出部１３０に設けられた撮像素子１３４とに結像する。ここで、撮像素子１３４に結像する位相差像は、図３に示したように、例えば右目で見た画像と左目で見た画像に対応するような一組の画像であり、これら画像間には、位相差が存在している。そのため、位相差が小さくなると、位相差像の２つの画像は互いに離れる方向にシフトし、位相差が大きくなると、位相差像の２つの画像は互いに近づく方向にシフトする。
【００５８】
ここで、以下の説明では、位相差像を構成する一組の画像のうち一方を、基準画像と称することとし、他方の画像を、比較画像と称することとする。基準画像は、位相差像における位相差を特定する際の基準として用いられる画像であり、比較画像は、位相差像における位相差を特定する際に、基準画像と比較される画像である。
【００５９】
このような位相差を、位相差像を構成する各画素について特定することにより、図４に示したような、位相差像全体における位相差の分布を示した位相差情報を生成することができる。ここで、２つの画像間の位相差は、サンプルの凹凸に換算可能な物性値であるため、位相差情報を得ることで、サンプルの凹凸に関する情報を得ることができる。
【００６０】
以上、本実施形態に係るデフォーカス量検出部１３０について、簡単に説明した。なお、本実施形態に係るデフォーカス量検出部１３０については、以下で改めて詳細に説明する。
【００６１】
なお、以上の説明では、対物レンズ１２３と撮像素子１２４との間にビームスプリッター１３１が設けられる場合について説明したが、光線を分岐するための光線分岐手段はビームスプリッターに限定されるわけではなく、可動式ミラー等を利用することも可能である。
【００６２】
また、前述の説明では、デフォーカス量検出部１３０内の位相差ＡＦ光学系としてフィールドレンズ、セパレータレンズ及び撮像素子を有する構成を示したが、かかる例に限定されるわけではない。かかる位相差ＡＦ光学系は、例えば、フィールドレンズ及びセパレータレンズの代わりにコンデンサレンズ及び２眼レンズを利用したりするなど、同等の機能を実現可能なものであれば、他の光学系であってもよい。
【００６３】
以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡１０の全体的な構成について、詳細に説明した。
【００６４】
なお、サムネイル像撮像部１１０、拡大像撮像部１２０及びデフォーカス量検出部１３０それぞれに設けられる撮像素子は、１次元撮像素子であってもよく、２次元撮像素子であってもよい。
【００６５】
また、前述の例では、ビームスプリッター１３１にて反射した光が進行する方向にデフォーカス量検出部１３０が設置される場合について示したが、ビームスプリッター１３１を透過した光が進行する方向にデフォーカス量検出部１３０を設置してもよい。
【００６６】
＜顕微鏡制御装置の全体構成について＞
本実施形態に係る顕微鏡１０には、図２に示したように、顕微鏡の様々な部位を制御するための顕微鏡制御装置２０が接続されている。この顕微鏡制御装置２０は、図２に示したように、統括制御部２０１と、照明制御部２０３と、ステージ駆動制御部２０５と、コンデンサレンズ駆動制御部２０７と、位相差像撮像制御部２０９と、サムネイル像撮像制御部２１１と、拡大像撮像制御部２１３と、記憶部２１５と、を主に備える。
【００６７】
ここで、照明制御部２０３は、光源１１１及び光源１２１を含む、顕微鏡１０が備える各種の光源を制御する処理部であり、ステージ駆動制御部２０５は、ステージ駆動機構１３５を制御する処理部である。また、コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、コンデンサレンズ駆動機構１４２を制御する処理部であり、位相差像撮像制御部２０９は、位相差像を撮像するための撮像素子１３４を制御する処理部である。また、サムネイル像撮像制御部２１１は、サムネイル像を撮像するための撮像素子１１３を制御する処理部であり、拡大像撮像制御部２１３は、生体サンプルＳＰＬの拡大像を撮像するための撮像素子１２４を制御する処理部である。これらの制御部は、各種のデータ通信路を介して制御を行う部位に対して接続されている。
【００６８】
また、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０には、顕微鏡全体の制御を行う制御部（統括制御部２０１）が別途設けられており、上述の各種の制御部に、各種のデータ通信路を介して接続されている。
【００６９】
これらの制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ストレージ装置、通信装置及び演算回路等により実現されるものである。
【００７０】
記憶部２１５は、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が備えるストレージ装置の一例である。記憶部２１５には、本実施形態に係る顕微鏡１０を制御するための各種設定情報や、各種のデータベースやルックアップテーブル等が格納される。また、記憶部２１５には、顕微鏡１０におけるサンプルの撮像履歴など、各種の履歴情報が記録されていてもよい。さらに、記憶部２１５には、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。
【００７１】
この記憶部２１５は、顕微鏡制御装置２０が備える各処理部が自由に読み書きを行うことが可能である。
【００７２】
以下では、上記制御部について、その機能を簡単に説明するものとする。
【００７３】
［照明制御部］
照明制御部２０３は、本実施形態に係る顕微鏡１０が備える各種の光源を制御する処理部である。照明制御部２０３は、統括制御部２０１から生体サンプルＳＰＬの照明方法を示す情報が出力されると、取得した照明方法を示す情報に基づいて、対応する光源の照射制御を行う。
【００７４】
例えば、照明制御部２０３が、サムネイル像撮像部１１０に設けられた光源１１１の制御を行う場合について着目する。かかる場合、照明制御部２０３は、照明方法を示す情報を参照して、明視野像を取得すべきモード（以下、明視野モードとも称する。）又は暗視野像を取得すべきモード（以下、暗視野モードとも称する。）のどちらを実行するかを判断する。その後、照明制御部２０３は、各モードに応じたパラメータを光源１１１に対して設定し、光源１１１から、各モードに適した照明光を照射させる。これにより、光源１１１から照射された照明光が、ステージ１４０の開口部を介して、生体サンプルＳＰＬ全体に照射されることとなる。なお、照明制御部２０３が設定するパラメータとしては、例えば、照明光の強度や光源種類の選択等を挙げることができる。
【００７５】
また、照明制御部２０３が、拡大像撮像部１２０に設けられた光源１２１の制御を行う場合について着目する。かかる場合、照明制御部２０３は、照明方法を示す情報を参照して、明視野モード又は暗視野モードのどちらを実行するかを判断する。その後、照明制御部２０３は、各モードに応じたパラメータを光源１２１に対して設定し、光源１２１から、各モードに適した照明光を照射させる。これにより、光源１２１から照射された照明光が、ステージ１４０の開口部を介して、生体サンプルＳＰＬ全体に照射されることとなる。なお、照明制御部２０３が設定するパラメータとしては、例えば、照明光の強度や光源種類の選択等を挙げることができる。
【００７６】
なお、明視野モードにおける照射光は、可視光とすることが好ましい。また、暗視野モードにおける照射光は、特殊染色で用いられる蛍光マーカを励起可能な波長を含む光とすることが好ましい。また、暗視野モードでは、蛍光マーカに対する背景部分はカットアウトされることとなる。
【００７７】
［ステージ駆動制御部］
ステージ駆動制御部２０５は、本実施形態に係る顕微鏡１０に設けられたステージを駆動するためのステージ駆動機構１４１を制御する処理部である。ステージ駆動制御部２０５は、統括制御部２０１から生体サンプルＳＰＬの撮像方法を示す情報が出力されると、取得した撮像方法を示す情報に基づいて、ステージ駆動機構１４１の制御を行う。
【００７８】
例えば、本実施形態に係る顕微鏡１０により、サムネイル像を撮像する場合に着目する。ステージ駆動制御部２０５は、統括制御部２０１から、生体サンプルＳＰＬのサムネイル像を撮像する旨の情報が出力されると、プレパラートＰＲＴ全体が撮像素子１１３の撮像範囲に入るように、ステージ面方向（Ｘ―Ｙ軸方向）にステージ１４０を移動させる。また、ステージ駆動制御部２０５は、プレパラートＰＲＴ全体に対物レンズ１１２の焦点が合うように、ステージ１４０をＺ軸方向に移動させる。
【００７９】
また、本実施形態に係る顕微鏡１０により、拡大像を撮像する場合について着目する。ステージ駆動制御部２０５は、統括制御部２０１から、生体サンプルＳＰＬの拡大像を撮像する旨の情報が出力されると、ステージ駆動制御部２０５は、ステージ駆動機構１４１を駆動制御し、光源１１１と対物レンズ１１２との間からコンデンサレンズ１２２と対物レンズ１２３との間に生体サンプルＳＰＬが位置するよう、ステージ面方向にステージ１４０を移動させる。
【００８０】
また、ステージ駆動制御部２０５は、撮像素子１２４に撮像される撮像範囲に生体サンプルの所定の部位が位置するように、ステージ面方向（Ｘ−Ｙ軸方向）にステージ１４０を移動させる。
【００８１】
更に、ステージ駆動制御部２０５は、ステージ駆動機構１４１を駆動制御して、所定の撮影範囲内に位置する生体サンプルＳＰＬの部位が対物レンズ１２３の焦点に合うように、ステージ面に直交する方向（Ｚ軸方向、組織切片の奥行方向）にステージ１４０を移動させる。
【００８２】
［コンデンサレンズ駆動制御部］
コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、本実施形態に係る顕微鏡１０の拡大像撮像部１２０に設けられたコンデンサレンズ１２２を駆動するためのコンデンサレンズ駆動機構１４２を制御する処理部である。コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、統括制御部２０１から、照明視野絞りのデフォーカス量に関する情報が出力されると、取得したデフォーカス量に関する情報に基づいて、コンデンサレンズ駆動機構１４２の制御を行う。
【００８３】
拡大像撮像部１２０内に設けられた照明視野絞りが適切に合焦していない場合には、生成される拡大像のコントラストが低下してしまう。かかるコントラストの低下を防止するために、統括制御部２０１において、デフォーカス量検出部１３０により生成される位相差像に基づく照明視野絞りのデフォーカス量の特定処理が行われてもよい。統括制御部２０１は、特定した照明視野絞りのデフォーカス量を表す情報をコンデンサレンズ駆動制御部２０７に出力して、照明視野絞りが合焦するようにコンデンサレンズ１２２の位置を変更させる。
【００８４】
コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、コンデンサレンズ駆動機構１４２の駆動制御を行って、照明視野絞りが合焦するように、コンデンサレンズ１２２の位置（光軸ＥＲＡ上の位置）を修正する。
【００８５】
［位相差像撮像制御部］
位相差像撮像制御部２０９は、デフォーカス量検出部１３０に設けられた撮像素子１３４の制御を行う処理部である。位相差像撮像制御部２０９は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを、撮像素子１３４に設定する。また、位相差像撮像制御部２０９は、撮像素子１３４から出力される、撮像素子１３４の結像面に結像した像に対応する出力信号を取得すると、取得した出力信号を、位相差像に対応する出力信号とする。位相差像撮像制御部２０９は、位相差像に対応する出力信号を取得すると、取得した信号に対応するデータを統括制御部２０１に出力する。なお、位相差像撮像制御部２０９が設定するパラメータとして、例えば、露光の開始タイミング及び終了タイミング（換言すれば、露光時間）等を挙げることができる。
【００８６】
［サムネイル像撮像制御部］
サムネイル像撮像制御部２１１は、サムネイル像撮像部１１０に設けられた撮像素子１１３の制御を行う処理部である。サムネイル像撮像制御部２１１は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを、撮像素子１１３に設定する。また、サムネイル像撮像制御部２１１は、撮像素子１１３から出力される、撮像素子１１３の結像面に結像した像に対応する出力信号を取得すると、取得した出力信号を、サムネイル像に対応する出力信号とする。サムネイル像撮像制御部２１１は、サムネイル像に対応する出力信号を取得すると、取得した信号に対応するデータを統括制御部２０１に出力する。なお、サムネイル像撮像制御部２１１が設定するパラメータとして、例えば、露光の開始タイミング及び終了タイミング等を挙げることができる。
【００８７】
［拡大像撮像制御部］
拡大像撮像制御部２１３は、拡大像撮像部１２０に設けられた撮像素子１２４の制御を行う処理部である。拡大像撮像制御部２１３は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを、撮像素子１２４に設定する。また、拡大像撮像制御部２１３は、撮像素子１２４から出力される、撮像素子１２４の結像面に結像した像に対応する出力信号を取得すると、取得した出力信号を、拡大像に対応する出力信号とする。拡大像撮像制御部２１３は、拡大像に対応する出力信号を取得すると、取得した信号に対応するデータを統括制御部２０１に出力する。なお、拡大像撮像制御部２１３が設定するパラメータとして、例えば、露光の開始タイミング及び終了タイミング等を挙げることができる。
【００８８】
［統括制御部］
統括制御部２０１は、上述の各種制御部を含む顕微鏡全体の制御を行う処理部である。
統括制御部２０１は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータを取得し、この位相差像データに基づいて、照明視野絞りのデフォーカス量や、スライドガラスの厚み変化量などを算出することができる。かかるデフォーカス量やスライドガラスの厚み変化量等を利用することで、統括制御部２０１は、顕微鏡１０の拡大像撮像部１２０内に存在する光学系のピント調整を実施し、得られる拡大像のピント精度を更に向上させることができる。
【００８９】
また、統括制御部２０１は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータに基づいて、サンプルのデフォーカス位置やデフォーカス量を算出することも可能である。統括制御部２０１は、算出したサンプルのデフォーカス位置やデフォーカス量に基づいて顕微鏡１０のステージ位置等を制御することにより、顕微鏡１０におけるオートフォーカス機能を実現することができる。
【００９０】
この統括制御部２０１におけるサンプルのデフォーカス量等の算出処理については、以下で改めて詳細に説明する。
【００９１】
また、統括制御部２０１は、顕微鏡１０により撮像されたサムネイル像及び拡大像に関する顕微鏡画像データを顕微鏡１０から取得して、これらのデータを現像したり、所定のデジタル加工処理を施したりする。その後、統括制御部２０１は、サムネイル像及び拡大像からなる顕微鏡画像データを、ネットワーク３を介して画像管理サーバ３０にアップロードする。これにより、顕微鏡１０によって撮像されたサンプルの顕微鏡画像が、ネットワーク３に接続されたクライアント機器である画像表示装置４０によって閲覧可能となる。
【００９２】
以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０の全体構成について説明した。
【００９３】
＜焦点位置と位相差及び解像度との関係について＞
次に、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が備える統括制御部の詳細な構成を説明するに先立ち、図５を参照しながら、焦点位置と位相差像及び解像度との関係について、簡単に説明する。図５は、焦点位置に対応するステージ位置と位相差及び解像度との関係を示した説明図である。
【００９４】
位相差光学系を用いたデフォーカス検出方式は、まず、位相差光学系を用いて得られる一組の位相差像の一方を基準画像とし、他方を比較画像として取り扱い、基準画像を細かな局所領域に分割する。そのうえで、基準画像の個々の局所領域にマッチングする画像領域を比較画像から探索し、２つの画像の位相差（視差）から観測対象の焦点位置からの距離差を測定する。
【００９５】
ここで、位相差光学系では、例えば図２に示したように、一組の位相差像が同一の撮像素子に結像するため、図５に示したように、基準画像及び比較画像は、１つの撮像素子の結像面上に並んで存在することとなる。このとき、２つの位相差像には、観測面の同一領域が投影されている。
【００９６】
かかる場合において、焦点位置が適切な面から遠ざかると、２つの位相差像上において観測面の同一領域は、撮像素子の外側方向に向かって互いに離れるように移動する。逆に、焦点位置が適切な面よりも近くなると、２つの位相差像上において観測面の同一領域は、撮像素子の内側方向に向かって互いに近づくように移動する。
【００９７】
従って、図５に示したように、一組の位相差像においてステージ位置（例えば、図２におけるステージのＺ座標の値）が高くなるほど、基準画像及び比較画像の位相差は、その傾向として大きくなっていく。また、位相差像の解像度は、適切な焦点位置において最も高くなり、適切な焦点位置から離隔するほど低下することとなる。
【００９８】
以上のように、位相差光学系を利用したデフォーカス検出方式では、焦点位置が適切な観測範囲から遠方／近方の何れに外れた場合においても、位相差像上に観測面の同一領域が共に存在しなくなる可能性がある。そのため、位相差方式を利用した焦点探索には、検出可能な範囲に制限がある。この検出可能な範囲は、位相差光学系の設計に応じて決まるものである。
【００９９】
かかる問題を回避するために、より広範囲を探索できるようにした場合、観察面が位相差像上で小さくなるため、検出精度が低下し、高精度の検出が困難になる可能性が高い。また、検出精度を低下させずに探索範囲を広げるためには、高画像の撮像素子を用いる必要があるため、検出処理速度やコスト面に影響が出ることとなる。
【０１００】
従って、位相差を検出可能な範囲に如何にして高速に被写体の位置を合わせるかが、位相差方式を用いた高速焦点位置調整における速度面での課題となることに、本発明者は想到した。
【０１０１】
＜デフォーカス検出方式についての検討＞
［主鏡筒光学系を利用した山登り方式］
そこで、本発明者は、まず、様々なデフォーカス検出方法について検討を行うこととした。
まず初めに、本発明者は、位相差光学系を利用した方式ではなく、主鏡筒光学系（例えば、図２における拡大像撮像部１２０）を利用して山登り方式で焦点探索を行う方式について、検討を行った。
【０１０２】
主鏡筒光学系は非常に狭い被写界深度となっているため、山登り方式で焦点探索を行う場合、例えば探索範囲が５００μｍであり、検出精度を０．２μｍとすると、全探索では２５００回の異なる焦点位置での画像撮像処理と探索処理が必要となる。ここで、主鏡筒に取り付けられた撮像素子は一般に高画素なものを用いるため、読み出し速度は遅いものが多い。そのため、読み出し速度を例えば１０ｆｐｓとすると、読み出し処理だけで２５０秒もの時間を必要とすることがわかる。
【０１０３】
次に、山登り方式での焦点探索を、５μｍ刻みの粗い探索と、粗い探索での焦点評価値の最大位置から０．２μｍ刻みの細かい探索と、を行う２段階方式にした場合を考える。この場合、撮像枚数は、粗い探索（５００μｍを５μｍ刻み）で１００枚となり、細かい探索（１０μｍを０．２μｍ刻み）で５０枚となる。すなわち、かかる２段階方式での焦点探索を実施した場合、その撮像枚数は、合計１５０枚となる。撮像素子からの読み出し速度が１０ｆｐｓである場合、読み出しだけで必要とする時間は、１５秒となる。このように、主鏡筒光学系は被写界深度が非常に狭いため、２段階の探索を用いる場合では、粗い探索の刻み幅をあまり大きくできないことがわかる。また、パーシャルスキャン（撮像素子から画像を帯状に読み出すことで読み出しフレームレートを高速化する方式）を用いて読み出しの高速化を図る方法も考えられる。しかしながら、読み出し帯位置に観測する組織が無い場合には、焦点合わせに失敗する可能性がある。
【０１０４】
このように、本発明者の検討の結果、主鏡筒光学系を用いた山登り方式での焦点探索は、高速化を図ったとしても数十秒単位の処理時間が必要になることが判明した。
【０１０５】
［位相差光学系を利用した山登り方式］
他方、本実施形態に係る位相差光学系は、デフォーカス検出に特化した光学系であって、広い被写界深度を備えるように設計されており、主鏡筒光学系に比べ低画素の撮像素子を用いるために、読み出し速度が１００ｆｐｓ等の高速の撮像素子を利用可能である。かかる際に、観察対象の最適な焦点位置が同一となるよう位相差光学系及び主鏡筒光学系が調節されている、又は、位相差光学系及び主鏡筒光学系のオフセット量が固定値で決定されているものとする。そのうえで、位相差光学系の撮像画像（すなわち位相差像）を用いて、焦点位置合わせを山登り方式で行う場合を考える。
【０１０６】
かかる場合において、例えば、粗い探索を、５００μｍの範囲を２０μｍ刻みで探索するものとし、細かい探索を、４０μｍの範囲を０．２μｍ刻みで探索するものとする。この場合、撮像枚数は、粗い探索では２５枚となり、細かい探索では２００枚となって、合計２２５枚となる。これらの画像（位相差像）を１００ｆｐｓの読み出し速度で読み出すのに要する時間は、２．２５秒となる。また、粗い探索と細かい探索との間に、中間粗度の探索を行うことで、さらなる読み出し時間の短縮が可能となる。
【０１０７】
しかしながら、山登り方式を用いる以上、複数枚の画像読み出しとステージ駆動を伴うことから、これ以上の短縮は困難であると考えられる。
【０１０８】
［本実施形態に係るデフォーカス検出方法の概略］
そこで、本発明者は、位相差光学系を利用したデフォーカス検出方法について更に鋭意検討を行った結果、以下で説明するような、本実施形態に係るデフォーカス検出方法に想到した。
【０１０９】
すなわち、位相差像を利用したデフォーカス検出方式では、検出可能な範囲（例えば±１００μｍ）の範囲であれば、一組の位相差像から最適な焦点位置を検出することができる。そのため、全探索範囲が５００μｍであれば、全探索範囲から±１００μｍの精度で大まかな焦点位置を事前に見つけることができればよいことになる。つまり、位相差像を利用したデフォーカス検出方式では、山登り方式の細かい探索は不要であり、粗い探索での刻み幅を、位相差方式の検出可能範囲（±１００μｍ）以下となる範囲で、大きく設定することができる。
【０１１０】
例えば、０〜５００μｍの探索範囲において、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍの４つの固定点で位相差光学系を用いて位相差像を撮像する場合を考える。これら４種類の位相差像のうち、合焦度評価値が最も高い画像を用いて位相差を利用したデフォーカス量検出を行った場合、位相差像の撮像枚数は４枚（位相差処理する画像は最初に取り込んだ画像のうちの一枚であるため、画像の再取得は不要となる。）で済む。従って、位相差像の読み出しに要する時間は、読み出し速度が１００ｆｐｓである場合、０．０４秒となる。
【０１１１】
従って、焦点検出に要する時間のうち画像読み出し時間は、以下で詳細に説明する本実施形態に係る方式を用いた場合、位相差光学系を用いた山登り方式の場合、及び、主鏡筒光学系を用いた山登り方式のそれぞれにおいて、下記の通りとなる。
【０１１２】
本実施形態に係る方式 ：０．０４秒
位相差光学系を用いた山登り方式：２．２５秒
主鏡筒光学系を用いた山登り方式：数十秒〜数百秒
【０１１３】
このように、以下で詳細に説明する本実施形態に係るデフォーカス検出方法を用いることで、圧倒的な速度メリットが生じることとなる。位相差像に対する処理に要する演算処理時間は、０．０５秒前後で実施可能であるため、焦点探索の演算時間を含めても、以下で説明するデフォーカス検出方式は、既存の顕微鏡のフォーカス調整方式に対して、圧倒的な速度パフォーマンスがあるものである。
【０１１４】
以下、図６を参照しながら、本実施形態に係る位相差光学系を利用したデフォーカス検出処理を実施する統括制御部の構成について、詳細に説明する。
【０１１５】
＜統括制御部の構成について＞
以下では、図６を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が有する統括制御部２０１の構成について、詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る統括制御部の構成を示したブロック図である。
【０１１６】
本実施形態に係る統括制御部２０１は、図６に示したように、統括駆動制御部２２１と、顕微鏡画像取得部２２３と、画像処理部２２５と、処理範囲算出部２２７と、特徴量算出部２２９と、顕微鏡画像出力部２３１と、通信制御部２３３と、を主に備える。
【０１１７】
統括駆動制御部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。統括駆動制御部２２１は、顕微鏡１０の各部位を制御する制御部（照明制御部２０３、ステージ駆動制御部２０５、コンデンサレンズ駆動制御部２０７、位相差像撮像制御部２０９、サムネイル像撮像制御部２１１及び拡大像撮像制御部２１３）を統括的に制御する駆動制御部である。統括駆動制御部２２１は、顕微鏡１０の各部位に対して、各種の情報（例えば各種の設定パラメータ等）を設定したり、顕微鏡１０の各部位から各種の情報を取得したりする。統括駆動制御部２２１は、顕微鏡１０の各部位から取得した各種の情報を、後述する処理範囲算出部２２７等に出力することができる。
【０１１８】
顕微鏡画像取得部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。顕微鏡画像取得部２２３は、サムネイル像撮像部１１０が撮像したサムネイル像に対応するデータ、拡大像撮像部１２０が撮像した拡大像に対応するデータ及びデフォーカス量検出部１３０が撮像した位相差像に対応するデータを、各撮像制御部を介して取得する。
【０１１９】
顕微鏡画像取得部２２３は、各撮像制御部を介して画像データを取得すると、取得した画像データを、後述する画像処理部２２５に出力する。
【０１２０】
なお、顕微鏡画像取得部２２３は、取得したこれらの画像データ（顕微鏡画像データ）を、取得した日時に関する情報等と関連付けて記憶部２１５等に格納してもよい。
【０１２１】
画像処理部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像処理部２２５は、顕微鏡画像取得部２２３から出力された顕微鏡画像に対して、所定の画像処理を実施する。
【０１２２】
具体的には、画像処理部２２５は、顕微鏡画像取得部２２３から出力された位相差像データ、サムネイル像データ及び拡大像データ（より詳細には、これらの像のＲＡＷデータ）を取得すると、これらＲＡＷデータの現像処理を行う。また、画像処理部２２５は、画像データの現像処理とともに、これらの像を構成する複数の画像をつなぎ合わせる処理（スティッチング処理）を実施する。
【０１２３】
また、画像処理部２２５は、必要に応じて、得られたデジタル画像データの変換処理（トランスコード）等を実施することも可能である。デジタル画像の変換処理としては、デジタル画像を圧縮してＪＰＥＧ画像等を生成したり、ＪＰＥＧ画像等に圧縮されたデータを、異なる形式の圧縮画像（例えば、ＧＩＦ形式等）に変換したりする処理を挙げることができる。また、デジタル画像の変換処理には、圧縮された画像データを一度解凍した上でエッジ強調などの処理を実施して、再度圧縮する処理や、圧縮画像の圧縮率を変更する処理等も含まれる。
【０１２４】
画像処理部２２５は、前述のような画像処理を位相差像データに対して実施した場合、画像処理後の位相差像データを、後述する処理範囲算出部２２７及び特徴量算出部２２９に出力する。また、画像処理部２２５は、前述のような画像処理をサムネイル像データ及び拡大像データに実施した場合、これらの画像からなる顕微鏡画像と、当該顕微鏡画像を特徴づける各種のメタデータとを、後述する顕微鏡画像出力部２３１に出力する。
【０１２５】
処理範囲算出部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。処理範囲算出部２２７は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータを取得し、この位相差像データに基づいて、位相差像を利用したデフォーカス量検出処理を実施する処理範囲を算出する。処理範囲算出部２２７による処理範囲の算出処理は、統括駆動制御部２２１等と連携しながら実施される。
【０１２６】
処理範囲算出部２２７は、位相差像を利用したデフォーカス量検出処理の処理範囲を算出すると、算出した処理範囲を示した情報を、統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９に出力する。統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９は、この処理範囲を示した情報を利用することで、位相差像を利用したデフォーカス量検出処理をより確実に実施することが可能となる。
【０１２７】
特徴量算出部２２９は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。特徴量算出部２２９は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータを取得し、この位相差像データに基づいて、顕微鏡１のステージに載置されたサンプルのデフォーカス量を算出する。また、特徴量算出部２２７は、位相差像データに基づいて、照明視野絞りのデフォーカス量や、スライドガラスの厚み変化量などを算出することも可能である。かかるデフォーカス量やスライドガラスの厚み変化量等を利用することで、統括制御部２０１は、顕微鏡１０の拡大像撮像部２０内に存在する光学系のピント調整を実施し、得られる拡大像のピント精度を更に向上させることができる。
【０１２８】
特徴量算出部２２９により算出された、上述のような各種の特徴量は、統括駆動制御部２２１へと出力される。
【０１２９】
顕微鏡画像出力部２３１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。顕微鏡画像出力部２３１は、画像処理部２２５から出力された顕微鏡画像及び当該顕微鏡画像に付随するメタデータ等の各種の情報を、後述する通信制御部２３３を介して画像管理サーバに出力する。これにより、顕微鏡１０によって撮像されたサンプルの顕微鏡画像（デジタル顕微鏡画像）が、画像管理サーバ３０によって管理されることとなる。
【０１３０】
通信制御部２３３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。通信制御部２３３は、統括制御部２０１と、顕微鏡制御装置２０の外部に設けられた画像管理サーバ３０との間で、インターネットや専用回線等といったネットワーク３を介して行われる通信の制御を行う。
【０１３１】
［処理範囲算出部の構成について］
次に、図７を参照しながら、本実施形態に係る処理範囲算出部２２７の構成について、詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る処理範囲算出部２２７の構成を示したブロック図である。
【０１３２】
本実施形態に係る処理範囲算出部２２７は、図７に示したように、評価値算出部２５１と、最大値検出部２５７と、処理範囲決定部２５９と、を更に有する。
【０１３３】
評価値算出部２５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。評価値算出部２５１は、複数の焦点位置で顕微鏡により撮像されたサンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する。処理範囲算出部２２７は、統括駆動制御部２２１と連携しながら処理を行っているため、評価値算出部２５１においても、現在評価値の算出処理を行っている位相差像が、どの焦点位置において撮像されたものであるかを把握することができる。
【０１３４】
ここで、サンプルの焦点位置は、顕微鏡のステージや主鏡筒を動かすことで変更可能であるが、以下では、顕微鏡制御装置２０が顕微鏡１０のステージ１４０を動かすことで焦点位置を制御している場合を例にとって説明を行うものとする。
【０１３５】
また、位相差像が撮像されるｎ番目の焦点位置（例えばステージ位置）と、位相差像が撮像される（ｎ＋１）番目の焦点位置との間隔（以下、単に焦点位置間隔と称することもある。）は、顕微鏡１０において焦点位置が変化しうる最大範囲と、位相差像を利用したデフォーカス検出処理を実施可能な範囲とに基づいて設定される。
【０１３６】
先だって説明したように、焦点位置間隔は、位相差像を利用したデフォーカス検出処理を実施可能な範囲以下となっていることが好ましい。従って、評価値算出部２５１が評価値を算出する位相差像の数は、焦点位置間隔と、デフォーカス検出処理を実施可能な範囲とに基づいて決まることとなる。
【０１３７】
また、一つの撮像素子上に結像する一組の位相差像においてサンプルの同一部分に対応する各領域は、焦点位置の変化（例えば、ステージ位置の変化）に応じて、位相差像内での存在位置が変化していくこととなる。従って、評価値算出部２５１は、例えば図８に示したように、合焦度の評価値を算出する局所的な領域（以下、単に算出領域とも称する。）を、焦点位置に応じて可変とすることが好ましい。こうすることで、評価値算出部２５１は、各焦点位置においてサンプル内の同一部分に対する合焦度の評価値を算出することが可能となり、合焦度の評価値の評価基準を各焦点位置間で共通のものとすることが可能となる。ここで、各焦点位置における位相差像内の算出領域の位置は適宜すればよく、予め設定された焦点位置と位相差像内での算出領域の座標とが記載されたルックアップテーブル等を利用して決定してもよいし、動的に決定するようにしてもよい。なお、算出領域を固定とした場合には、算出領域内に結像するサンプルの形状が焦点位置の変化とともに変化する可能性があり、結像するサンプルの形状変化が算出される評価値に影響を与えてしまう可能性があるため、好ましくない。
【０１３８】
ここで、算出領域の幅は、焦点位置を最大限変化させた場合に、算出領域の左端又は右端が位相差像の外枠にかからない大きさであればよい。また、算出領域の高さは、適宜設定すればよい。すなわち、例えば図８に示した例において、各位相差像内における算出領域の大きさは、焦点位置の如何にかかわらず位相差像内に包含されているような大きさであれば、合焦度の評価値の算出時間や算出負荷等に応じて適宜設定することが可能である。このような算出領域の大きさとして、例えば、位相差像の幅の４分の１程度×位相差像の高さの４分の１程度の大きさを挙げることができる。
【０１３９】
このような評価値算出部２５１は、図７に示したように、ラプラシアン算出部２５３と、分散値算出部２５５と、を更に備える。
【０１４０】
ラプラシアン算出部２５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。ラプラシアン算出部２５３は、画像処理部２２５から出力された各焦点位置における位相差像の算出領域について、算出領域内に含まれる各画素の輝度値のラプラシアン（２次微分）を算出する。すなわち、ラプラシアン算出部２５３は、各焦点位置における位相差像の算出領域について、算出領域内の画像の輪郭強度を算出しているといえる。
【０１４１】
ラプラシアン算出部２５３が輪郭強度を算出する際のラプラシアンは、適宜設定することが可能であるが、例えば、以下のようなものを利用することが可能である。ここで、以下の式１０１において、Ｙ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）における輝度値を表し、Ｌ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）でのラプラシアン（輪郭強度）を表している。
【０１４２】
Ｌ（ｘ，ｙ）＝４Ｙ（ｘ，ｙ）
＋Ｙ（ｘ−１，ｙ−１）＋Ｙ（ｘ＋１，ｙ−１）
＋Ｙ（ｘ−１，ｙ＋１）＋Ｙ（ｘ＋１，ｙ＋１）
−２Ｙ（ｘ，ｙ−１）−２Ｙ（ｘ，ｙ＋１）
−２Ｙ（ｘ−１，ｙ）−２Ｙ（ｘ＋１，ｙ）
・・・（式１０１）
【０１４３】
ラプラシアン算出部２５３は、算出領域内に存在する各画素のラプラシアンを算出すると、算出したラプラシアンの値を表す情報を、後述する分散値算出部２５５に出力する。
【０１４４】
分散値算出部２５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。分散値算出部２５５は、ラプラシアン算出部２５３が算出した、算出領域内に存在する各画素の輝度値のラプラシアンを利用して、算出領域における輝度値のラプラシアンの分散値を算出する。算出された輝度値のラプラシアンの分散値が、それぞれの焦点位置における合焦度の評価値として利用される。
【０１４５】
ここで、合焦度の評価値として、本実施形態のように輝度値のラプラシアンの分散値ではなく、輝度値の分散値を利用することも考えられる。この点について、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、簡単に説明する。図９Ａは、あるサンプルについて、焦点位置毎に輝度値の分散値を算出したグラフ図であり、図９Ｂは、図９Ａと同一のサンプルについて、焦点位置毎に輝度値のラプラシアンの分散値を算出したグラフ図である。
【０１４６】
図９Ａ及び図９Ｂの双方において、各分散値のピークが３００μｍ近傍に存在することがわかる。この分散値のピーク（極大値）に対応するステージ位置が、位相差像の焦点位置に該当する。ここで、図９Ａに示した輝度値の分散値では、ステージ位置が低くなるほど、輝度値の分散値が増加していっていることがわかる。これは、ステージ位置が下がることにより、サンプルに照射される照明と被写体であるサンプルとの距離が近づくことにより、サンプルの位相差像のコントラストが増加するためである。このように、合焦度の評価値を表すグラフ図のベースラインが、図９Ａに示したように、ある傾きを有しているということは、焦点位置を評価値の大小関係で決定する際に、その判定に影響を与える可能性がある。
【０１４７】
他方、図９Ｂに示した輝度値のラプラシアンの分散値では、輝度値の２次微分であるラプラシアンを利用することで、上述のようなベースラインの傾きが取り除かれ、位相差像の焦点位置において、明瞭なピークを示していることがわかる。このように、輝度値の分散値ではなく、輝度値のラプラシアンの分散値を合焦度の評価値として利用することで、容易に位相差像における焦点位置を把握することが可能となる。
【０１４８】
分散値算出部２５５は、合焦度の評価値として利用される輝度値のラプラシアンの分散値を算出すると、算出した輝度値のラプラシアンの分散値を、後述する最大値検出部２５７に出力する。この際、分散値算出部２５５は、どの分散値がどの焦点位置の位相差像に対応するのかが明確になるような形で、輝度値のラプラシアンの分散値を出力することが好ましい。
【０１４９】
最大値検出部２５７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。最大値検出部２５７は、分散値算出部２５５から出力された、各焦点位置における位相差像の合焦度の評価値（すなわち、輝度値のラプラシアンの分散値）を参照して、最大の評価値となっている位相差像を検出する。
【０１５０】
最大値検出部２５７は、最大の評価値となっている位相差像を検出すると、検出した位相差像と、この位相差像に対応する焦点位置（例えば、本実施形態ではステージ位置）を表す情報とを、後述する処理範囲決定部２５９に出力する。
【０１５１】
処理範囲決定部２５９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。処理範囲決定部２５９は、最大値検出部２５７から出力された、合焦度の評価値の最大値を与える焦点位置に基づいて、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する。より詳細には、合焦度の評価値の最大値を与える位相差像が焦点位置Ａμｍでの位相差像であり、デフォーカス検出処理を実施可能な範囲が、ある焦点位置を中心として前後ａμｍである場合、処理範囲決定部２５９は、（Ａ−ａ）μｍ〜（Ａ＋ａ）μｍをデフォーカス量検出処理の処理範囲として決定する。
【０１５２】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、全探索領域がステージ位置０μｍ〜ステージ位置５００μｍの５００μｍの範囲である顕微鏡１０を利用して、１００μｍごとに位相差像を撮像した場合における合焦度の評価値（輝度値のラプラシアンの分散値）を示したグラフ図である。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、算出した輝度値のラプラシアンの分散値は、ひし形のマークで示している。また、かかる場合において、デフォーカス検出処理を実施可能な範囲は、ある焦点位置を中心として、±１００μｍである。
【０１５３】
更に、図１０Ａ〜図１０Ｃでは、１００μｍごとの評価値だけでなく、ステージ位置を細かく変化させながら撮像した位相差像を利用して算出した輝度値のラプラシアンの分散値を、あわせて実線で示している。
【０１５４】
かかる場合における、本実施形態に係る最大値検出部２５７及び処理範囲決定部２５９の動作について、具体的に説明する。
【０１５５】
図１０Ａに示したサンプルの場合、評価値算出部２５１により算出された４つ（１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ）の評価値（輝度値のラプラシアンの分散値）の最大値は、ステージ位置２００μｍにおける評価値である。従って、最大値検出部２５７は、これら４つの評価値を比較して、ステージ位置２００μｍにおける位相差像が、評価値の最大値を与える位相差像であると判断する。その後、処理範囲決定部２５９は、最大値検出部２５７から出力された評価値の最大値を与える位相差像の焦点位置（ステージ位置）に基づいて、その前後１００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。すなわち、処理範囲決定部２５９は、図１０Ａに示したサンプルの場合、１００μｍ〜３００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。
【０１５６】
図１０Ａに示したように、評価値の最大値を与えるステージ位置の前後１００μｍの範囲には、実際に評価値の極大値を与えるステージ位置が存在している。従って、決定された処理範囲に従ってデフォーカス検出処理を実施することで、確実にデフォーカス量を決定することが可能となる。
【０１５７】
図１０Ｂに示したサンプルについても、４種類の評価値の中で評価値の最大値を与える焦点位置（ステージ位置）は、２００μｍである。従って、処理範囲決定部２５９は、図１０Ｂに示したサンプルの場合、１００μｍ〜３００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。このサンプルについても、図１０Ｂに示したように、評価値の最大値を与えるステージ位置の前後１００μｍの範囲には、実際に評価値の極大値を与えるステージ位置が存在している。従って、決定された処理範囲に従ってデフォーカス検出処理を実施することで、確実にデフォーカス量を決定することが可能となる。
【０１５８】
また、図１０Ｃに示したサンプルの場合、４種類の評価値の中で評価値の最大値を与える焦点位置（ステージ位置）は、３００μｍである。従って、処理範囲決定部２５９は、図１０Ｃに示したサンプルの場合、２００μｍ〜４００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。このサンプルについても、図１０Ｃに示したように、評価値の最大値を与えるステージ位置の前後１００μｍの範囲には、実際に評価値の極大値を与えるステージ位置が存在している。従って、決定された処理範囲に従ってデフォーカス検出処理を実施することで、確実にデフォーカス量を決定することが可能となる。
【０１５９】
処理範囲決定部２５９は、このようにして決定したデフォーカス検出処理の処理範囲を示す情報を、統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９に出力する。統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９は、処理範囲決定部２５９から出力された処理範囲を示す情報に基づいて、該当する処理範囲について、デフォーカス検出処理を実施する。
【０１６０】
以上、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１６１】
なお、上述のような本実施形態に係る顕微鏡制御装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１６２】
＜処理範囲決定方法の流れ＞
次に、図１１を参照しながら、本実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１１は、本実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１６３】
なお、以下の説明に先立ち、位相差像の撮像位置と位相差像を撮像する枚数Ｎとは、顕微鏡１０の設計パラメータ等に応じて、予め決定されているものとする。
【０１６４】
まず、顕微鏡制御装置２０の統括駆動制御部２２１は、位相差像の撮像枚数を示すパラメータｎを０に設定したうえで（ステップＳ１０１）、ステージ駆動制御部２０５を介して、固定撮像位置ｎに対応する位置までステージを移動させる（ステップＳ１０３）。
【０１６５】
その後、統括駆動制御部２２１は、位相差像撮像制御部２０９を介して、固定撮像位置ｎにおける位相差像Ｐｎを撮像する（ステップＳ１０５）。撮像された位相差像は、顕微鏡画像取得部２２３により取得され、画像処理部２２５により所定の画像処理がなされた後に、処理範囲算出部２２７に出力される。
【０１６６】
続いて、統括駆動制御部２２１は、パラメータｎの値に１を加算して（ステップＳ１０７）、加算後のパラメータｎが、最大の撮像枚数Ｎと等しいか否かを判断する（ステップＳ１０９）。ｎ≠Ｎであった場合、統括駆動制御部２２１は、ステップＳ１０３に戻って、位相差像の撮像処理を継続する。また、ｎ＝Ｎであった場合、統括駆動制御部２２１は、処理範囲算出部２２７に対して、評価値の算出処理を要請する。これにより、処理範囲算出部２２７は、後述するステップＳ１１１を実施することとなる。
【０１６７】
処理範囲算出部２２７の評価値算出部２５１は、撮像された位相差像Ｐ０〜ＰＮ−１のＮ枚の位相差像について、算出領域の評価値（例えば、輝度値のラプラシアンの分散値）を算出する（ステップＳ１１１）。その後、処理範囲算出部２２７の最大値検出部２５７は、最大の評価値となる位相差像の画像番号ｍを特定し（ステップＳ１１３）、特定した位相差像の番号ｍと、対応する焦点位置とを、処理範囲算出部２２７の処理範囲決定部２５９に出力する。処理範囲決定部２５９は、最大値検出部２５７から出力された情報に基づいて、デフォーカス検出処理の処理範囲を決定し、決定した処理範囲を、統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９に出力する。
【０１６８】
特徴量算出部２２９は、処理範囲算出部２２７により算出された処理範囲に基づいて、デフォーカス検出処理を実施する。実際には、位相差像Ｐｍを利用することで、算出された処理範囲におけるデフォーカス量検出処理を実施することが可能であるため、特徴量算出部２２９は、位相差像Ｐｍを利用して、デフォーカス量検出処理を実施する（ステップＳ１１５）。その後、特徴量算出部２２９は、検出したデフォーカス量を、統括駆動制御部２２１に出力する。
【０１６９】
統括駆動制御部２２１は、特徴量算出部２２９から出力されたデフォーカス量に基づいて、ステージ位置を調整する（ステップＳ１１７）。これにより、顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡１０に載置されたサンプルに対するオートフォーカスを実現できたこととなる。
【０１７０】
以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例について、簡単に説明した。
【０１７１】
（ハードウェア構成について）
次に、図１２を参照しながら、本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置２０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１２は、本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１７２】
顕微鏡制御装置２０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０６と、を備える。また、顕微鏡制御装置２０は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【０１７３】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、顕微鏡制御装置２０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。また、ＧＰＵ９０６は、顕微鏡制御装置２０内で実施される各種の画像処理に関する演算処理を実施する演算処理装置及び制御装置として機能する。ＧＰＵ９０６は、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又はリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、顕微鏡制御装置２０内の画像処理の動作全般又はその一部を制御する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１７４】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１７５】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、顕微鏡制御装置２０の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。顕微鏡制御装置２０のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、顕微鏡制御装置２０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１７６】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、顕微鏡制御装置２０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、顕微鏡制御装置２０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１７７】
ストレージ装置９１９は、顕微鏡制御装置２０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１７８】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、顕微鏡制御装置２０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１７９】
接続ポート９２３は、機器を顕微鏡制御装置２０に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、顕微鏡制御装置２０は、外部接続機器９２９から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２９に各種のデータを提供したりする。
【０１８０】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信、各種の専用通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１８１】
（まとめ）
以上説明したように、本発明の実施形態では、位相差デフォーカス検出可能な範囲に観測対象を配置する検出動作を高速に実現することができ、顕微鏡における焦点調整動作を従来方式に比べて高速に（例えば、トータルで数十倍〜数百倍程度）完了させることが可能となる。
【０１８２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１８３】
例えば、上記実施形態では、焦点位置を変化させながら複数の位相差像を撮像する場合について説明したが、例えば、主鏡筒光学系に絞り等を挿入して被写界深度を広げたうえで拡大像を撮像し、得られた拡大像を処理に利用してもよい。また、上記実施形態では、合焦度の評価値として、輝度値のラプラシアンの分散値を用いる場合について説明したが、輝度値にシェーディング補正処理を実施して輝度ムラを補正したうえで、補正後の輝度値の分散値を算出し、かかる分散値を合焦度の評価値として利用してもよい。
【符号の説明】
【０１８４】
１ 顕微鏡画像管理システム
１０ 顕微鏡
２０ 顕微鏡制御装置
３０ 画像管理サーバ
４０ 画像表示装置
１１０ サムネイル像撮像部
１２０ 拡大像撮像部
１３０ デフォーカス量検出部
１３１ ビームスプリッター
１３２ フィールドレンズ
１３３ セパレートレンズ
１３４ 撮像素子
１３５ フィルタ挿入機構
１４０ ステージ
１５０ サンプル搬送装置
２０１ 統括制御部
２０３ 照明制御部
２０５ ステージ駆動制御部
２０７ コンデンサレンズ駆動制御部
２０９ 位相差像撮像制御部
２１１ サムネイル像撮像制御部
２１３ 拡大像撮像制御部
２１５ 記憶部
２２１ 統括駆動制御部
２２３ 顕微鏡画像取得部
２２５ 画像処理部
２２７ 処理範囲算出部
２２９ 特徴量算出部
２３１ 顕微鏡画像出力部
２３３ 通信制御部
２５１ 評価値算出部
２５３ ラプラシアン算出部
２５５ 分散値算出部
２５７ 最大値検出部
２５９ 処理範囲決定部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡制御装置及び処理範囲決定方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
細胞組織スライド等のサンプルを観察する顕微鏡を用いて、サンプルの顕微鏡による観察像をデジタル画像として保存し、保存したデジタル画像をインターネットやイントラネット上に設けられた他の装置で観察する技術が提案されている（例えば、以下の特許文献１を参照。）。このような技術を用いることで、ネットワークを用いて遠隔地の医師が病理診断を行う、いわゆるテレパソロジー（ｔｅｌｅｐａｔｈｏｌｏｇｙ）の発展を促すことが可能となる。
【０００３】
ここで、顕微鏡の観察対象である細胞組織等のサンプルは、サンプルが載置されたスライドの厚みと観察面から上方に位置するカバーガラス等の厚みによって光路長が変化するために、サンプルに応じて焦点位置が変化することとなる。そのため、上述のような顕微鏡では、観察対象を明瞭に撮像するための焦点調整動作が必要となる。
【０００４】
従来の顕微鏡では、かかる焦点調整のために、主鏡筒画像（サンプルの拡大画像）を利用した山登り方式によるオートフォーカス機能が用いられてきた。しかしながら、主鏡筒は、顕微鏡特有の拡大光学系であり、非常に狭い被写界深度（１μｍ程度）となっている。そのため、サンプルが載置されるステージと撮像素子との間の相対的な位置関係（数ｍｍ〜数百μｍの範囲）の中から最適なフォーカス状態となる位置を検出することが求められる。この場合に、山登り方式のオートフォーカス機能では、相当量の画像撮像を行いながら最適な焦点位置を探索せねばならず、非常に多くの時間を要するという問題がある。
【０００５】
かかる問題を解決する方法の一つとして、以下の特許文献２では、主撮像素子とは別に、分岐した光路に主撮像素子よりも高速に画像読み出しの可能な撮像装置を配置し、顕微鏡のオートフォーカスを高速に行う手法が提案されている。この手法では、水平方向に隣接する保存画像の撮像位置にて、フォーカス位置が近接した範囲にあることを前提として、高速な補助カメラを用いてウォブリングしながら３枚の補助画像を用いて隣接タイルの焦点位置を決定する。
【０００６】
しかしながら、この特許文献２に記載の手法は、隣接タイルでは焦点位置が光軸方向に近接していることを前提として、非常に狭い探索範囲でのみ有効なものであり、オートフォーカス機能において最初の焦点位置を探索する場合や、不連続な焦点面を持つサンプルを撮像する場合には、いわゆる山登り方式などを利用して広範囲な探索を時間をかけて実施する必要があるという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−２２２８０１号公報
【特許文献２】米国特許公報７，５７６，３０７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
また、顕微鏡において高速なオートフォーカス機能を実現するために、観察対象のデフォーカス位置を取得する位相差光学系を用いたオートフォーカス装置を顕微鏡に付加することが考えられる。かかる場合、サンプルを透過した光を撮像素子に結像させる結像光学系の光軸上に光線分岐素子を設置して、サンプルを透過した光の一部を、上記位相差光学系へと導くこととなる。かかる位相差光学系を利用したオートフォーカス装置では、一組の位相差像から得られる位相差（視差）をデフォーカス量に変換することで、高精度を維持したまま極めて高速に焦点位置を検出することが可能である。
【０００９】
本発明者は、このような位相差光学系を用いた方式について検討を行ったところ、デフォーカス量が大きくなりすぎると、視差を特定するための局所領域が位相差像から逸脱して消失するため、焦点位置の検出範囲に制限があるという問題を見出した。かかる問題のために、位相差光学系を用いた方式では、位相差像における観測面が位相差デフォーカス量の検出可能範囲内に収まっていることが必要となる。
【００１０】
そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、本発明の目的とするところは、位相差光学系を用いたデフォーカス量検出処理において、デフォーカス量の検出可能範囲内に観察対象をより高速に配置することが可能な、顕微鏡制御装置及び処理範囲決定方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するために、本発明のある観点によれば、サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整する駆動制御部と、複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する評価値算出部と、算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する処理範囲決定部と、を備える顕微鏡制御装置が提供される。
【００１２】
前記処理範囲決定部は、前記合焦度の評価値が最大値となる前記焦点位置を基準として、前記デフォーカス量検出処理の処理範囲を決定することが好ましい。
【００１３】
前記駆動制御部は、前記焦点位置の変化幅を、前記デフォーカス量検出処理において前記デフォーカス量を検出可能な検出幅よりも小さく設定し、当該変化幅ごとに前記ステージ又は鏡筒の少なくとも何れかの位置を変化させることが好ましい。
【００１４】
前記評価値算出部は、前記複数の焦点位置における前記位相差像間で同一のサンプル部分を、前記局所的な領域とすることが好ましい。
【００１５】
前記評価値算出部は、前記焦点位置に応じて、前記局所的な領域の前記位相差像内での位置を変更することが好ましい。
【００１６】
前記合焦度の評価値は、前記局所的な領域での前記位相差像の輪郭強度の分散値であってもよい。
【００１７】
また、上記課題を解決するために、本発明の別の観点によれば、サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整するステップと、複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出するステップと、算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定するステップと、を含む処理範囲決定方法が提供される。
【発明の効果】
【００１８】
以上説明したように本発明によれば、位相差光学系を用いたデフォーカス量検出処理において、デフォーカス量の検出可能範囲内に観察対象をより高速に配置することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡画像管理システムを示した説明図である。
【図２】同実施形態に係る顕微鏡及び顕微鏡制御装置の全体構成を示した説明図である。
【図３】サンプルの拡大像及び位相差像の一例を示した説明図である。
【図４】位相差像に基づいて生成される位相差情報の一例を示した説明図である。
【図５】ステージ位置と位相差及び解像度との関係を示した説明図である。
【図６】同実施形態に係る顕微鏡制御装置が備える統括制御部の構成を示したブロック図である。
【図７】同実施形態に係る統括制御部が備える処理範囲算出部の構成を示したブロック図である。
【図８】合焦度の評価値を算出する算出領域の位置とステージ位置との関係を示した説明図である。
【図９Ａ】合焦度の評価値について説明するための説明図である。
【図９Ｂ】合焦度の評価値について説明するための説明図である。
【図１０Ａ】処理範囲の決定方法について説明するための説明図である。
【図１０Ｂ】処理範囲の決定方法について説明するための説明図である。
【図１０Ｃ】処理範囲の決定方法について説明するための説明図である。
【図１１】同実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【図１２】本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置のハードウェア構成を示したブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００２１】
なお、説明は、以下の順序で行うものとする。
（１）第１の実施形態
（１−１）顕微鏡画像管理システムについて
（１−２）顕微鏡の全体構成について
（１−３）顕微鏡制御装置の全体構成について
（１−４）デフォーカス検出方式についての検討
（１−５）統括制御部の構成について
（１−６）処理範囲決定方法の流れについて
（２）本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置のハードウェア構成について
（３）まとめ
【００２２】
なお、以下では、顕微鏡が撮像するサンプルとして、血液等の結合組織、上皮組織又はそれらの双方の組織などの組織切片又は塗抹細胞からなる生体サンプル（細胞組織サンプル）を例に挙げて説明を行うが、かかる場合に限定されるわけではない。
【００２３】
（第１の実施形態）
＜顕微鏡画像管理システムについて＞
まず、図１を参照しながら、本発明の第１の実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１の構成を示した説明図である。
【００２４】
本実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１は、図１に示したように、顕微鏡１０と、顕微鏡制御装置２０と、画像管理サーバ３０と、画像表示装置４０とを有する。また、顕微鏡制御装置２０、画像管理サーバ３０及び画像表示装置４０は、ネットワーク３を介して接続されている。
【００２５】
ネットワーク３は、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０、画像管理サーバ３０及び画像表示装置４０を互いに双方向通信可能に接続する通信回線網である。このネットワーク３は、例えば、インターネット、電話回線網、衛星通信網、同報通信路等の公衆回線網や、ＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、ＩＰ−ＶＰＮ（Ｉｎｔｅｒｎｅｔ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ−Ｖｉｒｔｕａｌ Ｐｒｉｖａｔｅ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）、ワイヤレスＬＡＮ等の専用回線網などで構成されており、有線／無線を問わない。また、このネットワーク３は、本実施形態に係る顕微鏡画像管理システム１に専用に設けられた通信回線網であってもよい。
【００２６】
顕微鏡１０は、当該顕微鏡１０のステージ上に載置されたサンプル（例えば生体サンプル）に対して所定の照明光を照射して、このサンプルを透過した光、又は、サンプルからの発光等を撮像する。本実施形態に係る顕微鏡１０の全体構成については、以下で改めて詳細に説明する。
【００２７】
顕微鏡１０は、顕微鏡制御装置２０によって駆動制御されており、顕微鏡１０が撮像したサンプル画像は、顕微鏡制御装置２０を介して画像管理サーバ３０に格納される。
【００２８】
顕微鏡制御装置２０は、サンプルを撮像する顕微鏡１０の駆動制御を行う装置である。顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡１０を制御して、サンプルのデジタル画像を撮像するとともに、得られたサンプルのデジタル画像データに対して、所定のデジタル加工処理を実施する。また、顕微鏡制御装置２０は、得られたサンプルのデジタル画像データを、画像管理サーバ３０にアップロードする。
【００２９】
画像管理サーバ３０は、顕微鏡１０によって撮像されたサンプルのデジタル画像データを格納するとともに、これらデジタル画像データの管理を行う装置である。画像管理サーバ３０は、顕微鏡制御装置２０からサンプルのデジタル画像データが出力されると、取得したサンプルのデジタル画像データを所定の格納領域に格納して、閲覧者が利用可能なようにする。また、画像管理サーバ３０は、閲覧者が操作する画像表示装置４０（すなわち、ビューワーに対応する装置）から、あるサンプルのデジタル画像データの閲覧を要請されると、該当するサンプルのデジタル画像データを画像表示装置４０に提供する。
【００３０】
画像表示装置４０は、サンプルのデジタル画像データの閲覧を希望する閲覧希望者が操作する端末（すなわち、ビューワーに対応する装置）である。デジタル画像データの閲覧希望者は、画像管理サーバ３０に格納されているデジタル画像データの一覧等を参照して、閲覧を希望するデジタル画像データを特定するとともに、特定したデジタル画像データを提供するように、画像管理サーバ３０に対して要請する。画像管理サーバ３０からデジタル画像データが提供されると、提供されたデジタル画像データに対応する画像を、画像表示装置４０のディスプレイ等に表示して、閲覧希望者が閲覧できるようにする。
【００３１】
なお、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０及び画像管理サーバ３０の詳細な構成については、以下で改めて説明する。
【００３２】
また、図１では、システム１に属する顕微鏡１０、顕微鏡制御装置２０及び画像管理サーバ３０がそれぞれ１台ずつ存在する場合について図示しているが、顕微鏡画像管理システム１に属する顕微鏡１０、顕微鏡制御装置２０及び画像管理サーバ３０の台数は図１の例に限定されるわけではなく、それぞれ複数台ずつ存在していてもよい。
【００３３】
＜顕微鏡の全体構成について＞
続いて、図２を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡１０の全体構成について説明する。図２は、本実施形態に係る顕微鏡１０及び顕微鏡制御装置２０の全体構成を示した説明図である。
【００３４】
［全体構成］
本実施形態に係る顕微鏡１は、図２に例示したように、生体サンプルＳＰＬが配設されるプレパラートＰＲＴ全体の像（以下、この像をサムネイル像とも称する。）を撮像するサムネイル像撮像部１１０と、生体サンプルＳＰＬが所定倍率で拡大された像（以下、この像を拡大像とも称する。）を撮像する拡大像撮像部１２０と、を有する。また、拡大像撮像部１２０には、拡大像撮像部１２０中に存在する照明視野絞りのデフォーカス（ｄｅｆｏｃｕｓ）量を検出するためのデフォーカス量検出部１３０が設けられている。
【００３５】
プレパラートＰＲＴは、血液等の結合組織、上皮組織又はそれらの双方の組織などの組織切片又は塗抹細胞からなる生体サンプルＳＰＬを、所定の固定手法によりスライドガラスに固定したものである。これらの組織切片又は塗抹細胞には、必要に応じて各種の染色が施される。この染色には、ＨＥ（ヘマトキシリン・エオシン）染色、ギムザ染色、パパニコロウ染色、チール・ネールゼン染色、グラム染色等に代表される一般染色のみならず、ＦＩＳＨ（Ｆｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ Ｉｎ−Ｓｉｔｕ Ｈｙｂｒｉｄｉｚａｔｉｏｎ）や酵素抗体法等の蛍光染色が含まれる。
【００３６】
本実施形態に係る顕微鏡１０には、上述のようなプレパラートＰＲＴが載置されるステージ１４０が設けられており、更に、ステージ１４０を様々な方向に移動させるためのステージ駆動機構１４１が設けられている。このステージ駆動機構１４１により、ステージ１４０を、ステージ面に対して平行となる方向（Ｘ軸−Ｙ軸方向）と、直交する方向（Ｚ軸方向）に自由に移動させることができる。
【００３７】
また、拡大像撮像部１２０には、照明視野絞りピント調整部の一例であるコンデンサレンズ駆動機構１４２が設けられている。
【００３８】
更に、本実施形態に係る顕微鏡１０には、サンプルＳＰＬを含むプレパラートＰＲＴをステージ１４０に搬送するサンプル搬送装置１５０が設けられていても良い。かかる搬送装置１５０を設けることで、ステージ１４０に、撮像予定のサンプルが自動的に設置されるようになり、サンプルＳＰＬの入れ替えを自動化することが可能となる。
【００３９】
［サムネイル像撮像部］
サムネイル像撮像部１１０は、図２に示したように、光源１１１と、対物レンズ１１２と、撮像素子１１３と、を主に備える。
【００４０】
光源１１１は、ステージ１４０のプレパラート配置面とは逆の面側に設けられる。光源１１１は、一般染色が施された生体サンプルＳＰＬを照明する光（以下、明視野照明光、又は、単に照明光とも称する。）と、特殊染色が施された生体サンプルＳＰＬを照明する光（以下、暗視野照明光とも称する。）とを切り換えて照射可能である。また、光源１１１は、明視野照明光又は暗視野照明光のいずれか一方だけを照射可能なものであってもよい。この場合、光源１１１として、明視野照明光を照射する光源と、暗視野照明光を照射する光源の２種類の光源が設けられることとなる。
【００４１】
更に、サムネイル像撮像部１１０には、プレパラートＰＲＴに貼付されたラベルに記載されている付帯情報を撮像するための光を照射するラベル光源（図示せず。）が別途設けられていてもよい。
【００４２】
所定倍率の対物レンズ１１２は、プレパラート配置面におけるサムネイル像撮像部１１０の基準位置の法線を光軸ＳＲＡとして、ステージ１４０のプレパラート配置面側に配設される。ステージ１４０上に配設されたプレパラートＰＲＴを透過した透過光は、この対物レンズ１１２によって集光されて、対物レンズ１１２の後方（すなわち、照明光の進行方向）に設けられた撮像素子１１３に結像する。
【００４３】
撮像素子１１３には、ステージ１４０のプレパラート配置面に載置されたプレパラートＰＲＴ全体を包括する撮像範囲の光（換言すれば、プレパラートＰＲＴ全体を透過した透過光）が結像する。この撮像素子１１３上に結像した像が、プレパラートＰＲＴ全体を撮像した顕微鏡画像であるサムネイル像となる。
【００４４】
［拡大像撮像部］
拡大像撮像部１２０は、図２に示したように、光源２１と、コンデンサレンズ１２２と、対物レンズ１２３と、撮像素子１２４と、を主に備える。また、拡大像撮像部１２０には、更に、照明視野絞り（図示せず。）が設けられている。
【００４５】
光源１２１は、明視野照明光を照射するものであり、ステージ１４０のプレパラート配置面とは逆の面側に設けられる。また、光源１２１とは異なる位置（例えばプレパラート配置面側）には、暗視野照明光を照射する光源（図示せず。）が設けられる。
【００４６】
コンデンサレンズ１２２は、光源１２１から照射された明視野照明光や、暗視野照明用の光源から照射された暗視野照明光を集光して、ステージ１４０上のプレパラートＰＲＴに導くレンズである。このコンデンサレンズ１２２は、プレパラート配置面における拡大像撮像部１２０の基準位置の法線を光軸ＥＲＡとして、光源１２１とステージ１４０との間に配設される。また、コンデンサレンズ駆動機構１４２は、このコンデンサレンズ１２２を光軸ＥＲＡ方向に沿って駆動することが可能である。コンデンサレンズ１２２は、コンデンサレンズ駆動機構１４２によって、光軸ＥＲＡ上の位置を変えることができる。
【００４７】
所定倍率の対物レンズ１２３は、プレパラート配置面における拡大像撮像部１２０の基準位置の法線を光軸ＥＲＡとして、ステージ１４０のプレパラート配置面側に配設される。拡大像撮像部１２０では、この対物レンズ１２３を適宜交換することで、生体サンプルＳＰＬを様々な倍率に拡大して撮像することが可能となる。ステージ１４０上に配設されたプレパラートＰＲＴを透過した透過光は、この対物レンズ１２３によって集光されて、対物レンズ１２３の後方（すなわち、照明光の進行方向）に設けられた撮像素子１２４に結像する。
【００４８】
なお、対物レンズ１２３と撮像素子１２４との間の光軸ＥＲＡ上には、ビームスプリッター１３１が設けられていてもよい。かかるビームスプリッター１３１が設けられている場合には、対物レンズ１２３を透過した透過光の一部が、後述するデフォーカス量検出部１３０へと導かれる。
【００４９】
撮像素子１２４には、撮像素子１２４の画素サイズ及び対物レンズ１２３の倍率に応じて、ステージ１４０のプレパラート配置面上における所定の横幅及び縦幅からなる撮像範囲の像が結像される。なお、対物レンズ１２３により生体サンプルＳＰＬの一部が拡大されるため、上述の撮像範囲は、撮像素子１１３の撮像範囲に比べて十分に狭い範囲となる。
【００５０】
ここで、サムネイル像撮像部１１０及び拡大像撮像部１２０は、図２に示したように、それぞれの基準位置の法線である光軸ＳＲＡと光軸ＥＲＡとがＹ軸方向に距離Ｄだけ離れるように配置される。この距離Ｄは、撮像素子１１３の撮像範囲に拡大像撮像部１２０の対物レンズ１２３を保持する鏡筒（図示せず）が写りこむことなく、かつ小型化のために近い距離に設定される。
【００５１】
［デフォーカス量検出部］
デフォーカス量検出部１３０は、図２に示したように、ビームスプリッター１３１と、フィールドレンズ１３２と、セパレータレンズ１３３と、撮像素子１３４と、を主に備える。
【００５２】
ビームスプリッター１３１は、先に説明したように、拡大像撮像部１２０の対物レンズ１２３と撮像素子１２４との間の光軸ＥＲＡ上に設けられており、対物レンズ１２３を透過した透過光の一部を反射させる。換言すれば、ビームスプリッター１３１によって、対物レンズ１２３を透過した透過光は、撮像素子１２４へと向かう透過光と、後述するデフォーカス量検出部１３０内のフィールドレンズ１３２へと向かう反射光とに分岐される。
【００５３】
ビームスプリッター１３１によって分岐された反射光の進行方向側には、フィールドレンズ１３２が設けられる。このフィールドレンズ１３２は、ビームスプリッター１３１によって分岐された反射光を集光して、フィールドレンズ１３２の後方（反射光の進行方向側）に設けられたセパレータレンズ１３３へと導く。
【００５４】
セパレータレンズ１３３は、フィールドレンズ１３２から導光された光束を２つの光束へと分割する。分割された光束は、セパレータレンズ１３３の後方（反射光の進行方向側）に設けられた撮像素子１３４の結像面に対して、１組の被写体像を形成する。
【００５５】
撮像素子１３４には、セパレータレンズ１３３を透過した光がそれぞれ結像する。その結果、撮像素子１３４の撮像面には、１組の被写体像が形成されることとなる。セパレータレンズ１３３には、フィールドレンズ１３２を射出した様々な方向の光束が入射するため、形成される１組の被写体像間には、位相差が存在する。以下では、この１組の被写体像を、位相差像と称することとする。
【００５６】
次に、図３を参照しながら、拡大像撮像部１２０により撮像される拡大像と、デフォーカス量検出部１３０により撮像される位相差像の一例について、簡単に説明する。図３は、サンプルの拡大像及び位相差像の一例を示した説明図である。
【００５７】
本実施形態に係る顕微鏡１０では、対物レンズ１２３の後方にビームスプリッター１３１が設けられ、対物レンズ１２３を透過した光束が、拡大像撮像部１２０に設けられた撮像素子１２４と、デフォーカス量検出部１３０に設けられた撮像素子１３４とに結像する。ここで、撮像素子１３４に結像する位相差像は、図３に示したように、例えば右目で見た画像と左目で見た画像に対応するような一組の画像であり、これら画像間には、位相差が存在している。そのため、位相差が小さくなると、位相差像の２つの画像は互いに離れる方向にシフトし、位相差が大きくなると、位相差像の２つの画像は互いに近づく方向にシフトする。
【００５８】
ここで、以下の説明では、位相差像を構成する一組の画像のうち一方を、基準画像と称することとし、他方の画像を、比較画像と称することとする。基準画像は、位相差像における位相差を特定する際の基準として用いられる画像であり、比較画像は、位相差像における位相差を特定する際に、基準画像と比較される画像である。
【００５９】
このような位相差を、位相差像を構成する各画素について特定することにより、図４に示したような、位相差像全体における位相差の分布を示した位相差情報を生成することができる。ここで、２つの画像間の位相差は、サンプルの凹凸に換算可能な物性値であるため、位相差情報を得ることで、サンプルの凹凸に関する情報を得ることができる。
【００６０】
以上、本実施形態に係るデフォーカス量検出部１３０について、簡単に説明した。なお、本実施形態に係るデフォーカス量検出部１３０については、以下で改めて詳細に説明する。
【００６１】
なお、以上の説明では、対物レンズ１２３と撮像素子１２４との間にビームスプリッター１３１が設けられる場合について説明したが、光線を分岐するための光線分岐手段はビームスプリッターに限定されるわけではなく、可動式ミラー等を利用することも可能である。
【００６２】
また、前述の説明では、デフォーカス量検出部１３０内の位相差ＡＦ光学系としてフィールドレンズ、セパレータレンズ及び撮像素子を有する構成を示したが、かかる例に限定されるわけではない。かかる位相差ＡＦ光学系は、例えば、フィールドレンズ及びセパレータレンズの代わりにコンデンサレンズ及び２眼レンズを利用したりするなど、同等の機能を実現可能なものであれば、他の光学系であってもよい。
【００６３】
以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡１０の全体的な構成について、詳細に説明した。
【００６４】
なお、サムネイル像撮像部１１０、拡大像撮像部１２０及びデフォーカス量検出部１３０それぞれに設けられる撮像素子は、１次元撮像素子であってもよく、２次元撮像素子であってもよい。
【００６５】
また、前述の例では、ビームスプリッター１３１にて反射した光が進行する方向にデフォーカス量検出部１３０が設置される場合について示したが、ビームスプリッター１３１を透過した光が進行する方向にデフォーカス量検出部１３０を設置してもよい。
【００６６】
＜顕微鏡制御装置の全体構成について＞
本実施形態に係る顕微鏡１０には、図２に示したように、顕微鏡の様々な部位を制御するための顕微鏡制御装置２０が接続されている。この顕微鏡制御装置２０は、図２に示したように、統括制御部２０１と、照明制御部２０３と、ステージ駆動制御部２０５と、コンデンサレンズ駆動制御部２０７と、位相差像撮像制御部２０９と、サムネイル像撮像制御部２１１と、拡大像撮像制御部２１３と、記憶部２１５と、を主に備える。
【００６７】
ここで、照明制御部２０３は、光源１１１及び光源１２１を含む、顕微鏡１０が備える各種の光源を制御する処理部であり、ステージ駆動制御部２０５は、ステージ駆動機構１３５を制御する処理部である。また、コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、コンデンサレンズ駆動機構１４２を制御する処理部であり、位相差像撮像制御部２０９は、位相差像を撮像するための撮像素子１３４を制御する処理部である。また、サムネイル像撮像制御部２１１は、サムネイル像を撮像するための撮像素子１１３を制御する処理部であり、拡大像撮像制御部２１３は、生体サンプルＳＰＬの拡大像を撮像するための撮像素子１２４を制御する処理部である。これらの制御部は、各種のデータ通信路を介して制御を行う部位に対して接続されている。
【００６８】
また、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０には、顕微鏡全体の制御を行う制御部（統括制御部２０１）が別途設けられており、上述の各種の制御部に、各種のデータ通信路を介して接続されている。
【００６９】
これらの制御部は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ストレージ装置、通信装置及び演算回路等により実現されるものである。
【００７０】
記憶部２１５は、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が備えるストレージ装置の一例である。記憶部２１５には、本実施形態に係る顕微鏡１０を制御するための各種設定情報や、各種のデータベースやルックアップテーブル等が格納される。また、記憶部２１５には、顕微鏡１０におけるサンプルの撮像履歴など、各種の履歴情報が記録されていてもよい。さらに、記憶部２１５には、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が、何らかの処理を行う際に保存する必要が生じた様々なパラメータや処理の途中経過等、または、各種のデータベースやプログラム等が、適宜記録される。
【００７１】
この記憶部２１５は、顕微鏡制御装置２０が備える各処理部が自由に読み書きを行うことが可能である。
【００７２】
以下では、上記制御部について、その機能を簡単に説明するものとする。
【００７３】
［照明制御部］
照明制御部２０３は、本実施形態に係る顕微鏡１０が備える各種の光源を制御する処理部である。照明制御部２０３は、統括制御部２０１から生体サンプルＳＰＬの照明方法を示す情報が出力されると、取得した照明方法を示す情報に基づいて、対応する光源の照射制御を行う。
【００７４】
例えば、照明制御部２０３が、サムネイル像撮像部１１０に設けられた光源１１１の制御を行う場合について着目する。かかる場合、照明制御部２０３は、照明方法を示す情報を参照して、明視野像を取得すべきモード（以下、明視野モードとも称する。）又は暗視野像を取得すべきモード（以下、暗視野モードとも称する。）のどちらを実行するかを判断する。その後、照明制御部２０３は、各モードに応じたパラメータを光源１１１に対して設定し、光源１１１から、各モードに適した照明光を照射させる。これにより、光源１１１から照射された照明光が、ステージ１４０の開口部を介して、生体サンプルＳＰＬ全体に照射されることとなる。なお、照明制御部２０３が設定するパラメータとしては、例えば、照明光の強度や光源種類の選択等を挙げることができる。
【００７５】
また、照明制御部２０３が、拡大像撮像部１２０に設けられた光源１２１の制御を行う場合について着目する。かかる場合、照明制御部２０３は、照明方法を示す情報を参照して、明視野モード又は暗視野モードのどちらを実行するかを判断する。その後、照明制御部２０３は、各モードに応じたパラメータを光源１２１に対して設定し、光源１２１から、各モードに適した照明光を照射させる。これにより、光源１２１から照射された照明光が、ステージ１４０の開口部を介して、生体サンプルＳＰＬ全体に照射されることとなる。なお、照明制御部２０３が設定するパラメータとしては、例えば、照明光の強度や光源種類の選択等を挙げることができる。
【００７６】
なお、明視野モードにおける照射光は、可視光とすることが好ましい。また、暗視野モードにおける照射光は、特殊染色で用いられる蛍光マーカを励起可能な波長を含む光とすることが好ましい。また、暗視野モードでは、蛍光マーカに対する背景部分はカットアウトされることとなる。
【００７７】
［ステージ駆動制御部］
ステージ駆動制御部２０５は、本実施形態に係る顕微鏡１０に設けられたステージを駆動するためのステージ駆動機構１４１を制御する処理部である。ステージ駆動制御部２０５は、統括制御部２０１から生体サンプルＳＰＬの撮像方法を示す情報が出力されると、取得した撮像方法を示す情報に基づいて、ステージ駆動機構１４１の制御を行う。
【００７８】
例えば、本実施形態に係る顕微鏡１０により、サムネイル像を撮像する場合に着目する。ステージ駆動制御部２０５は、統括制御部２０１から、生体サンプルＳＰＬのサムネイル像を撮像する旨の情報が出力されると、プレパラートＰＲＴ全体が撮像素子１１３の撮像範囲に入るように、ステージ面方向（Ｘ―Ｙ軸方向）にステージ１４０を移動させる。また、ステージ駆動制御部２０５は、プレパラートＰＲＴ全体に対物レンズ１１２の焦点が合うように、ステージ１４０をＺ軸方向に移動させる。
【００７９】
また、本実施形態に係る顕微鏡１０により、拡大像を撮像する場合について着目する。ステージ駆動制御部２０５は、統括制御部２０１から、生体サンプルＳＰＬの拡大像を撮像する旨の情報が出力されると、ステージ駆動制御部２０５は、ステージ駆動機構１４１を駆動制御し、光源１１１と対物レンズ１１２との間からコンデンサレンズ１２２と対物レンズ１２３との間に生体サンプルＳＰＬが位置するよう、ステージ面方向にステージ１４０を移動させる。
【００８０】
また、ステージ駆動制御部２０５は、撮像素子１２４に撮像される撮像範囲に生体サンプルの所定の部位が位置するように、ステージ面方向（Ｘ−Ｙ軸方向）にステージ１４０を移動させる。
【００８１】
更に、ステージ駆動制御部２０５は、ステージ駆動機構１４１を駆動制御して、所定の撮影範囲内に位置する生体サンプルＳＰＬの部位が対物レンズ１２３の焦点に合うように、ステージ面に直交する方向（Ｚ軸方向、組織切片の奥行方向）にステージ１４０を移動させる。
【００８２】
［コンデンサレンズ駆動制御部］
コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、本実施形態に係る顕微鏡１０の拡大像撮像部１２０に設けられたコンデンサレンズ１２２を駆動するためのコンデンサレンズ駆動機構１４２を制御する処理部である。コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、統括制御部２０１から、照明視野絞りのデフォーカス量に関する情報が出力されると、取得したデフォーカス量に関する情報に基づいて、コンデンサレンズ駆動機構１４２の制御を行う。
【００８３】
拡大像撮像部１２０内に設けられた照明視野絞りが適切に合焦していない場合には、生成される拡大像のコントラストが低下してしまう。かかるコントラストの低下を防止するために、統括制御部２０１において、デフォーカス量検出部１３０により生成される位相差像に基づく照明視野絞りのデフォーカス量の特定処理が行われてもよい。統括制御部２０１は、特定した照明視野絞りのデフォーカス量を表す情報をコンデンサレンズ駆動制御部２０７に出力して、照明視野絞りが合焦するようにコンデンサレンズ１２２の位置を変更させる。
【００８４】
コンデンサレンズ駆動制御部２０７は、コンデンサレンズ駆動機構１４２の駆動制御を行って、照明視野絞りが合焦するように、コンデンサレンズ１２２の位置（光軸ＥＲＡ上の位置）を修正する。
【００８５】
［位相差像撮像制御部］
位相差像撮像制御部２０９は、デフォーカス量検出部１３０に設けられた撮像素子１３４の制御を行う処理部である。位相差像撮像制御部２０９は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを、撮像素子１３４に設定する。また、位相差像撮像制御部２０９は、撮像素子１３４から出力される、撮像素子１３４の結像面に結像した像に対応する出力信号を取得すると、取得した出力信号を、位相差像に対応する出力信号とする。位相差像撮像制御部２０９は、位相差像に対応する出力信号を取得すると、取得した信号に対応するデータを統括制御部２０１に出力する。なお、位相差像撮像制御部２０９が設定するパラメータとして、例えば、露光の開始タイミング及び終了タイミング（換言すれば、露光時間）等を挙げることができる。
【００８６】
［サムネイル像撮像制御部］
サムネイル像撮像制御部２１１は、サムネイル像撮像部１１０に設けられた撮像素子１１３の制御を行う処理部である。サムネイル像撮像制御部２１１は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを、撮像素子１１３に設定する。また、サムネイル像撮像制御部２１１は、撮像素子１１３から出力される、撮像素子１１３の結像面に結像した像に対応する出力信号を取得すると、取得した出力信号を、サムネイル像に対応する出力信号とする。サムネイル像撮像制御部２１１は、サムネイル像に対応する出力信号を取得すると、取得した信号に対応するデータを統括制御部２０１に出力する。なお、サムネイル像撮像制御部２１１が設定するパラメータとして、例えば、露光の開始タイミング及び終了タイミング等を挙げることができる。
【００８７】
［拡大像撮像制御部］
拡大像撮像制御部２１３は、拡大像撮像部１２０に設けられた撮像素子１２４の制御を行う処理部である。拡大像撮像制御部２１３は、明視野モード又は暗視野モードに応じたパラメータを、撮像素子１２４に設定する。また、拡大像撮像制御部２１３は、撮像素子１２４から出力される、撮像素子１２４の結像面に結像した像に対応する出力信号を取得すると、取得した出力信号を、拡大像に対応する出力信号とする。拡大像撮像制御部２１３は、拡大像に対応する出力信号を取得すると、取得した信号に対応するデータを統括制御部２０１に出力する。なお、拡大像撮像制御部２１３が設定するパラメータとして、例えば、露光の開始タイミング及び終了タイミング等を挙げることができる。
【００８８】
［統括制御部］
統括制御部２０１は、上述の各種制御部を含む顕微鏡全体の制御を行う処理部である。
統括制御部２０１は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータを取得し、この位相差像データに基づいて、照明視野絞りのデフォーカス量や、スライドガラスの厚み変化量などを算出することができる。かかるデフォーカス量やスライドガラスの厚み変化量等を利用することで、統括制御部２０１は、顕微鏡１０の拡大像撮像部１２０内に存在する光学系のピント調整を実施し、得られる拡大像のピント精度を更に向上させることができる。
【００８９】
また、統括制御部２０１は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータに基づいて、サンプルのデフォーカス位置やデフォーカス量を算出することも可能である。統括制御部２０１は、算出したサンプルのデフォーカス位置やデフォーカス量に基づいて顕微鏡１０のステージ位置等を制御することにより、顕微鏡１０におけるオートフォーカス機能を実現することができる。
【００９０】
この統括制御部２０１におけるサンプルのデフォーカス量等の算出処理については、以下で改めて詳細に説明する。
【００９１】
また、統括制御部２０１は、顕微鏡１０により撮像されたサムネイル像及び拡大像に関する顕微鏡画像データを顕微鏡１０から取得して、これらのデータを現像したり、所定のデジタル加工処理を施したりする。その後、統括制御部２０１は、サムネイル像及び拡大像からなる顕微鏡画像データを、ネットワーク３を介して画像管理サーバ３０にアップロードする。これにより、顕微鏡１０によって撮像されたサンプルの顕微鏡画像が、ネットワーク３に接続されたクライアント機器である画像表示装置４０によって閲覧可能となる。
【００９２】
以上、図２を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０の全体構成について説明した。
【００９３】
＜焦点位置と位相差及び解像度との関係について＞
次に、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が備える統括制御部の詳細な構成を説明するに先立ち、図５を参照しながら、焦点位置と位相差像及び解像度との関係について、簡単に説明する。図５は、焦点位置に対応するステージ位置と位相差及び解像度との関係を示した説明図である。
【００９４】
位相差光学系を用いたデフォーカス検出方式は、まず、位相差光学系を用いて得られる一組の位相差像の一方を基準画像とし、他方を比較画像として取り扱い、基準画像を細かな局所領域に分割する。そのうえで、基準画像の個々の局所領域にマッチングする画像領域を比較画像から探索し、２つの画像の位相差（視差）から観測対象の焦点位置からの距離差を測定する。
【００９５】
ここで、位相差光学系では、例えば図２に示したように、一組の位相差像が同一の撮像素子に結像するため、図５に示したように、基準画像及び比較画像は、１つの撮像素子の結像面上に並んで存在することとなる。このとき、２つの位相差像には、観測面の同一領域が投影されている。
【００９６】
かかる場合において、焦点位置が適切な面から遠ざかると、２つの位相差像上において観測面の同一領域は、撮像素子の外側方向に向かって互いに離れるように移動する。逆に、焦点位置が適切な面よりも近くなると、２つの位相差像上において観測面の同一領域は、撮像素子の内側方向に向かって互いに近づくように移動する。
【００９７】
従って、図５に示したように、一組の位相差像においてステージ位置（例えば、図２におけるステージのＺ座標の値）が高くなるほど、基準画像及び比較画像の位相差は、その傾向として大きくなっていく。また、位相差像の解像度は、適切な焦点位置において最も高くなり、適切な焦点位置から離隔するほど低下することとなる。
【００９８】
以上のように、位相差光学系を利用したデフォーカス検出方式では、焦点位置が適切な観測範囲から遠方／近方の何れに外れた場合においても、位相差像上に観測面の同一領域が共に存在しなくなる可能性がある。そのため、位相差方式を利用した焦点探索には、検出可能な範囲に制限がある。この検出可能な範囲は、位相差光学系の設計に応じて決まるものである。
【００９９】
かかる問題を回避するために、より広範囲を探索できるようにした場合、観察面が位相差像上で小さくなるため、検出精度が低下し、高精度の検出が困難になる可能性が高い。また、検出精度を低下させずに探索範囲を広げるためには、高画像の撮像素子を用いる必要があるため、検出処理速度やコスト面に影響が出ることとなる。
【０１００】
従って、位相差を検出可能な範囲に如何にして高速に被写体の位置を合わせるかが、位相差方式を用いた高速焦点位置調整における速度面での課題となることに、本発明者は想到した。
【０１０１】
＜デフォーカス検出方式についての検討＞
［主鏡筒光学系を利用した山登り方式］
そこで、本発明者は、まず、様々なデフォーカス検出方法について検討を行うこととした。
まず初めに、本発明者は、位相差光学系を利用した方式ではなく、主鏡筒光学系（例えば、図２における拡大像撮像部１２０）を利用して山登り方式で焦点探索を行う方式について、検討を行った。
【０１０２】
主鏡筒光学系は非常に狭い被写界深度となっているため、山登り方式で焦点探索を行う場合、例えば探索範囲が５００μｍであり、検出精度を０．２μｍとすると、全探索では２５００回の異なる焦点位置での画像撮像処理と探索処理が必要となる。ここで、主鏡筒に取り付けられた撮像素子は一般に高画素なものを用いるため、読み出し速度は遅いものが多い。そのため、読み出し速度を例えば１０ｆｐｓとすると、読み出し処理だけで２５０秒もの時間を必要とすることがわかる。
【０１０３】
次に、山登り方式での焦点探索を、５μｍ刻みの粗い探索と、粗い探索での焦点評価値の最大位置から０．２μｍ刻みの細かい探索と、を行う２段階方式にした場合を考える。この場合、撮像枚数は、粗い探索（５００μｍを５μｍ刻み）で１００枚となり、細かい探索（１０μｍを０．２μｍ刻み）で５０枚となる。すなわち、かかる２段階方式での焦点探索を実施した場合、その撮像枚数は、合計１５０枚となる。撮像素子からの読み出し速度が１０ｆｐｓである場合、読み出しだけで必要とする時間は、１５秒となる。このように、主鏡筒光学系は被写界深度が非常に狭いため、２段階の探索を用いる場合では、粗い探索の刻み幅をあまり大きくできないことがわかる。また、パーシャルスキャン（撮像素子から画像を帯状に読み出すことで読み出しフレームレートを高速化する方式）を用いて読み出しの高速化を図る方法も考えられる。しかしながら、読み出し帯位置に観測する組織が無い場合には、焦点合わせに失敗する可能性がある。
【０１０４】
このように、本発明者の検討の結果、主鏡筒光学系を用いた山登り方式での焦点探索は、高速化を図ったとしても数十秒単位の処理時間が必要になることが判明した。
【０１０５】
［位相差光学系を利用した山登り方式］
他方、本実施形態に係る位相差光学系は、デフォーカス検出に特化した光学系であって、広い被写界深度を備えるように設計されており、主鏡筒光学系に比べ低画素の撮像素子を用いるために、読み出し速度が１００ｆｐｓ等の高速の撮像素子を利用可能である。かかる際に、観察対象の最適な焦点位置が同一となるよう位相差光学系及び主鏡筒光学系が調節されている、又は、位相差光学系及び主鏡筒光学系のオフセット量が固定値で決定されているものとする。そのうえで、位相差光学系の撮像画像（すなわち位相差像）を用いて、焦点位置合わせを山登り方式で行う場合を考える。
【０１０６】
かかる場合において、例えば、粗い探索を、５００μｍの範囲を２０μｍ刻みで探索するものとし、細かい探索を、４０μｍの範囲を０．２μｍ刻みで探索するものとする。この場合、撮像枚数は、粗い探索では２５枚となり、細かい探索では２００枚となって、合計２２５枚となる。これらの画像（位相差像）を１００ｆｐｓの読み出し速度で読み出すのに要する時間は、２．２５秒となる。また、粗い探索と細かい探索との間に、中間粗度の探索を行うことで、さらなる読み出し時間の短縮が可能となる。
【０１０７】
しかしながら、山登り方式を用いる以上、複数枚の画像読み出しとステージ駆動を伴うことから、これ以上の短縮は困難であると考えられる。
【０１０８】
［本実施形態に係るデフォーカス検出方法の概略］
そこで、本発明者は、位相差光学系を利用したデフォーカス検出方法について更に鋭意検討を行った結果、以下で説明するような、本実施形態に係るデフォーカス検出方法に想到した。
【０１０９】
すなわち、位相差像を利用したデフォーカス検出方式では、検出可能な範囲（例えば±１００μｍ）の範囲であれば、一組の位相差像から最適な焦点位置を検出することができる。そのため、全探索範囲が５００μｍであれば、全探索範囲から±１００μｍの精度で大まかな焦点位置を事前に見つけることができればよいことになる。つまり、位相差像を利用したデフォーカス検出方式では、山登り方式の細かい探索は不要であり、粗い探索での刻み幅を、位相差方式の検出可能範囲（±１００μｍ）以下となる範囲で、大きく設定することができる。
【０１１０】
例えば、０〜５００μｍの探索範囲において、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍの４つの固定点で位相差光学系を用いて位相差像を撮像する場合を考える。これら４種類の位相差像のうち、合焦度評価値が最も高い画像を用いて位相差を利用したデフォーカス量検出を行った場合、位相差像の撮像枚数は４枚（位相差処理する画像は最初に取り込んだ画像のうちの一枚であるため、画像の再取得は不要となる。）で済む。従って、位相差像の読み出しに要する時間は、読み出し速度が１００ｆｐｓである場合、０．０４秒となる。
【０１１１】
従って、焦点検出に要する時間のうち画像読み出し時間は、以下で詳細に説明する本実施形態に係る方式を用いた場合、位相差光学系を用いた山登り方式の場合、及び、主鏡筒光学系を用いた山登り方式のそれぞれにおいて、下記の通りとなる。
【０１１２】
本実施形態に係る方式 ：０．０４秒
位相差光学系を用いた山登り方式：２．２５秒
主鏡筒光学系を用いた山登り方式：数十秒〜数百秒
【０１１３】
このように、以下で詳細に説明する本実施形態に係るデフォーカス検出方法を用いることで、圧倒的な速度メリットが生じることとなる。位相差像に対する処理に要する演算処理時間は、０．０５秒前後で実施可能であるため、焦点探索の演算時間を含めても、以下で説明するデフォーカス検出方式は、既存の顕微鏡のフォーカス調整方式に対して、圧倒的な速度パフォーマンスがあるものである。
【０１１４】
以下、図６を参照しながら、本実施形態に係る位相差光学系を利用したデフォーカス検出処理を実施する統括制御部の構成について、詳細に説明する。
【０１１５】
＜統括制御部の構成について＞
以下では、図６を参照しながら、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０が有する統括制御部２０１の構成について、詳細に説明する。図６は、本実施形態に係る統括制御部の構成を示したブロック図である。
【０１１６】
本実施形態に係る統括制御部２０１は、図６に示したように、統括駆動制御部２２１と、顕微鏡画像取得部２２３と、画像処理部２２５と、処理範囲算出部２２７と、特徴量算出部２２９と、顕微鏡画像出力部２３１と、通信制御部２３３と、を主に備える。
【０１１７】
統括駆動制御部２２１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。統括駆動制御部２２１は、顕微鏡１０の各部位を制御する制御部（照明制御部２０３、ステージ駆動制御部２０５、コンデンサレンズ駆動制御部２０７、位相差像撮像制御部２０９、サムネイル像撮像制御部２１１及び拡大像撮像制御部２１３）を統括的に制御する駆動制御部である。統括駆動制御部２２１は、顕微鏡１０の各部位に対して、各種の情報（例えば各種の設定パラメータ等）を設定したり、顕微鏡１０の各部位から各種の情報を取得したりする。統括駆動制御部２２１は、顕微鏡１０の各部位から取得した各種の情報を、後述する処理範囲算出部２２７等に出力することができる。
【０１１８】
顕微鏡画像取得部２２３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。顕微鏡画像取得部２２３は、サムネイル像撮像部１１０が撮像したサムネイル像に対応するデータ、拡大像撮像部１２０が撮像した拡大像に対応するデータ及びデフォーカス量検出部１３０が撮像した位相差像に対応するデータを、各撮像制御部を介して取得する。
【０１１９】
顕微鏡画像取得部２２３は、各撮像制御部を介して画像データを取得すると、取得した画像データを、後述する画像処理部２２５に出力する。
【０１２０】
なお、顕微鏡画像取得部２２３は、取得したこれらの画像データ（顕微鏡画像データ）を、取得した日時に関する情報等と関連付けて記憶部２１５等に格納してもよい。
【０１２１】
画像処理部２２５は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。画像処理部２２５は、顕微鏡画像取得部２２３から出力された顕微鏡画像に対して、所定の画像処理を実施する。
【０１２２】
具体的には、画像処理部２２５は、顕微鏡画像取得部２２３から出力された位相差像データ、サムネイル像データ及び拡大像データ（より詳細には、これらの像のＲＡＷデータ）を取得すると、これらＲＡＷデータの現像処理を行う。また、画像処理部２２５は、画像データの現像処理とともに、これらの像を構成する複数の画像をつなぎ合わせる処理（スティッチング処理）を実施する。
【０１２３】
また、画像処理部２２５は、必要に応じて、得られたデジタル画像データの変換処理（トランスコード）等を実施することも可能である。デジタル画像の変換処理としては、デジタル画像を圧縮してＪＰＥＧ画像等を生成したり、ＪＰＥＧ画像等に圧縮されたデータを、異なる形式の圧縮画像（例えば、ＧＩＦ形式等）に変換したりする処理を挙げることができる。また、デジタル画像の変換処理には、圧縮された画像データを一度解凍した上でエッジ強調などの処理を実施して、再度圧縮する処理や、圧縮画像の圧縮率を変更する処理等も含まれる。
【０１２４】
画像処理部２２５は、前述のような画像処理を位相差像データに対して実施した場合、画像処理後の位相差像データを、後述する処理範囲算出部２２７及び特徴量算出部２２９に出力する。また、画像処理部２２５は、前述のような画像処理をサムネイル像データ及び拡大像データに実施した場合、これらの画像からなる顕微鏡画像と、当該顕微鏡画像を特徴づける各種のメタデータとを、後述する顕微鏡画像出力部２３１に出力する。
【０１２５】
処理範囲算出部２２７は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。処理範囲算出部２２７は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータを取得し、この位相差像データに基づいて、位相差像を利用したデフォーカス量検出処理を実施する処理範囲を算出する。処理範囲算出部２２７による処理範囲の算出処理は、統括駆動制御部２２１等と連携しながら実施される。
【０１２６】
処理範囲算出部２２７は、位相差像を利用したデフォーカス量検出処理の処理範囲を算出すると、算出した処理範囲を示した情報を、統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９に出力する。統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９は、この処理範囲を示した情報を利用することで、位相差像を利用したデフォーカス量検出処理をより確実に実施することが可能となる。
【０１２７】
特徴量算出部２２９は、例えば、ＣＰＵ、ＧＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。特徴量算出部２２９は、顕微鏡１０により撮像された位相差像に関するデータを取得し、この位相差像データに基づいて、顕微鏡１のステージに載置されたサンプルのデフォーカス量を算出する。また、特徴量算出部２２７は、位相差像データに基づいて、照明視野絞りのデフォーカス量や、スライドガラスの厚み変化量などを算出することも可能である。かかるデフォーカス量やスライドガラスの厚み変化量等を利用することで、統括制御部２０１は、顕微鏡１０の拡大像撮像部２０内に存在する光学系のピント調整を実施し、得られる拡大像のピント精度を更に向上させることができる。
【０１２８】
特徴量算出部２２９により算出された、上述のような各種の特徴量は、統括駆動制御部２２１へと出力される。
【０１２９】
顕微鏡画像出力部２３１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。顕微鏡画像出力部２３１は、画像処理部２２５から出力された顕微鏡画像及び当該顕微鏡画像に付随するメタデータ等の各種の情報を、後述する通信制御部２３３を介して画像管理サーバに出力する。これにより、顕微鏡１０によって撮像されたサンプルの顕微鏡画像（デジタル顕微鏡画像）が、画像管理サーバ３０によって管理されることとなる。
【０１３０】
通信制御部２３３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、通信装置等により実現される。通信制御部２３３は、統括制御部２０１と、顕微鏡制御装置２０の外部に設けられた画像管理サーバ３０との間で、インターネットや専用回線等といったネットワーク３を介して行われる通信の制御を行う。
【０１３１】
［処理範囲算出部の構成について］
次に、図７を参照しながら、本実施形態に係る処理範囲算出部２２７の構成について、詳細に説明する。図７は、本実施形態に係る処理範囲算出部２２７の構成を示したブロック図である。
【０１３２】
本実施形態に係る処理範囲算出部２２７は、図７に示したように、評価値算出部２５１と、最大値検出部２５７と、処理範囲決定部２５９と、を更に有する。
【０１３３】
評価値算出部２５１は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。評価値算出部２５１は、複数の焦点位置で顕微鏡により撮像されたサンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する。処理範囲算出部２２７は、統括駆動制御部２２１と連携しながら処理を行っているため、評価値算出部２５１においても、現在評価値の算出処理を行っている位相差像が、どの焦点位置において撮像されたものであるかを把握することができる。
【０１３４】
ここで、サンプルの焦点位置は、顕微鏡のステージや主鏡筒を動かすことで変更可能であるが、以下では、顕微鏡制御装置２０が顕微鏡１０のステージ１４０を動かすことで焦点位置を制御している場合を例にとって説明を行うものとする。
【０１３５】
また、位相差像が撮像されるｎ番目の焦点位置（例えばステージ位置）と、位相差像が撮像される（ｎ＋１）番目の焦点位置との間隔（以下、単に焦点位置間隔と称することもある。）は、顕微鏡１０において焦点位置が変化しうる最大範囲と、位相差像を利用したデフォーカス検出処理を実施可能な範囲とに基づいて設定される。
【０１３６】
先だって説明したように、焦点位置間隔は、位相差像を利用したデフォーカス検出処理を実施可能な範囲以下となっていることが好ましい。従って、評価値算出部２５１が評価値を算出する位相差像の数は、焦点位置間隔と、デフォーカス検出処理を実施可能な範囲とに基づいて決まることとなる。
【０１３７】
また、一つの撮像素子上に結像する一組の位相差像においてサンプルの同一部分に対応する各領域は、焦点位置の変化（例えば、ステージ位置の変化）に応じて、位相差像内での存在位置が変化していくこととなる。従って、評価値算出部２５１は、例えば図８に示したように、合焦度の評価値を算出する局所的な領域（以下、単に算出領域とも称する。）を、焦点位置に応じて可変とすることが好ましい。こうすることで、評価値算出部２５１は、各焦点位置においてサンプル内の同一部分に対する合焦度の評価値を算出することが可能となり、合焦度の評価値の評価基準を各焦点位置間で共通のものとすることが可能となる。ここで、各焦点位置における位相差像内の算出領域の位置は適宜すればよく、予め設定された焦点位置と位相差像内での算出領域の座標とが記載されたルックアップテーブル等を利用して決定してもよいし、動的に決定するようにしてもよい。なお、算出領域を固定とした場合には、算出領域内に結像するサンプルの形状が焦点位置の変化とともに変化する可能性があり、結像するサンプルの形状変化が算出される評価値に影響を与えてしまう可能性があるため、好ましくない。
【０１３８】
ここで、算出領域の幅は、焦点位置を最大限変化させた場合に、算出領域の左端又は右端が位相差像の外枠にかからない大きさであればよい。また、算出領域の高さは、適宜設定すればよい。すなわち、例えば図８に示した例において、各位相差像内における算出領域の大きさは、焦点位置の如何にかかわらず位相差像内に包含されているような大きさであれば、合焦度の評価値の算出時間や算出負荷等に応じて適宜設定することが可能である。このような算出領域の大きさとして、例えば、位相差像の幅の４分の１程度×位相差像の高さの４分の１程度の大きさを挙げることができる。
【０１３９】
このような評価値算出部２５１は、図７に示したように、ラプラシアン算出部２５３と、分散値算出部２５５と、を更に備える。
【０１４０】
ラプラシアン算出部２５３は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。ラプラシアン算出部２５３は、画像処理部２２５から出力された各焦点位置における位相差像の算出領域について、算出領域内に含まれる各画素の輝度値のラプラシアン（２次微分）を算出する。すなわち、ラプラシアン算出部２５３は、各焦点位置における位相差像の算出領域について、算出領域内の画像の輪郭強度を算出しているといえる。
【０１４１】
ラプラシアン算出部２５３が輪郭強度を算出する際のラプラシアンは、適宜設定することが可能であるが、例えば、以下のようなものを利用することが可能である。ここで、以下の式１０１において、Ｙ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）における輝度値を表し、Ｌ（ｘ，ｙ）は、画素（ｘ，ｙ）でのラプラシアン（輪郭強度）を表している。
【０１４２】
Ｌ（ｘ，ｙ）＝４Ｙ（ｘ，ｙ）
＋Ｙ（ｘ−１，ｙ−１）＋Ｙ（ｘ＋１，ｙ−１）
＋Ｙ（ｘ−１，ｙ＋１）＋Ｙ（ｘ＋１，ｙ＋１）
−２Ｙ（ｘ，ｙ−１）−２Ｙ（ｘ，ｙ＋１）
−２Ｙ（ｘ−１，ｙ）−２Ｙ（ｘ＋１，ｙ）
・・・（式１０１）
【０１４３】
ラプラシアン算出部２５３は、算出領域内に存在する各画素のラプラシアンを算出すると、算出したラプラシアンの値を表す情報を、後述する分散値算出部２５５に出力する。
【０１４４】
分散値算出部２５５は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。分散値算出部２５５は、ラプラシアン算出部２５３が算出した、算出領域内に存在する各画素の輝度値のラプラシアンを利用して、算出領域における輝度値のラプラシアンの分散値を算出する。算出された輝度値のラプラシアンの分散値が、それぞれの焦点位置における合焦度の評価値として利用される。
【０１４５】
ここで、合焦度の評価値として、本実施形態のように輝度値のラプラシアンの分散値ではなく、輝度値の分散値を利用することも考えられる。この点について、図９Ａ及び図９Ｂを参照しながら、簡単に説明する。図９Ａは、あるサンプルについて、焦点位置毎に輝度値の分散値を算出したグラフ図であり、図９Ｂは、図９Ａと同一のサンプルについて、焦点位置毎に輝度値のラプラシアンの分散値を算出したグラフ図である。
【０１４６】
図９Ａ及び図９Ｂの双方において、各分散値のピークが３００μｍ近傍に存在することがわかる。この分散値のピーク（極大値）に対応するステージ位置が、位相差像の焦点位置に該当する。ここで、図９Ａに示した輝度値の分散値では、ステージ位置が低くなるほど、輝度値の分散値が増加していっていることがわかる。これは、ステージ位置が下がることにより、サンプルに照射される照明と被写体であるサンプルとの距離が近づくことにより、サンプルの位相差像のコントラストが増加するためである。このように、合焦度の評価値を表すグラフ図のベースラインが、図９Ａに示したように、ある傾きを有しているということは、焦点位置を評価値の大小関係で決定する際に、その判定に影響を与える可能性がある。
【０１４７】
他方、図９Ｂに示した輝度値のラプラシアンの分散値では、輝度値の２次微分であるラプラシアンを利用することで、上述のようなベースラインの傾きが取り除かれ、位相差像の焦点位置において、明瞭なピークを示していることがわかる。このように、輝度値の分散値ではなく、輝度値のラプラシアンの分散値を合焦度の評価値として利用することで、容易に位相差像における焦点位置を把握することが可能となる。
【０１４８】
分散値算出部２５５は、合焦度の評価値として利用される輝度値のラプラシアンの分散値を算出すると、算出した輝度値のラプラシアンの分散値を、後述する最大値検出部２５７に出力する。この際、分散値算出部２５５は、どの分散値がどの焦点位置の位相差像に対応するのかが明確になるような形で、輝度値のラプラシアンの分散値を出力することが好ましい。
【０１４９】
最大値検出部２５７は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。最大値検出部２５７は、分散値算出部２５５から出力された、各焦点位置における位相差像の合焦度の評価値（すなわち、輝度値のラプラシアンの分散値）を参照して、最大の評価値となっている位相差像を検出する。
【０１５０】
最大値検出部２５７は、最大の評価値となっている位相差像を検出すると、検出した位相差像と、この位相差像に対応する焦点位置（例えば、本実施形態ではステージ位置）を表す情報とを、後述する処理範囲決定部２５９に出力する。
【０１５１】
処理範囲決定部２５９は、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により実現される。処理範囲決定部２５９は、最大値検出部２５７から出力された、合焦度の評価値の最大値を与える焦点位置に基づいて、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する。より詳細には、合焦度の評価値の最大値を与える位相差像が焦点位置Ａμｍでの位相差像であり、デフォーカス検出処理を実施可能な範囲が、ある焦点位置を中心として前後ａμｍである場合、処理範囲決定部２５９は、（Ａ−ａ）μｍ〜（Ａ＋ａ）μｍをデフォーカス量検出処理の処理範囲として決定する。
【０１５２】
図１０Ａ〜図１０Ｃは、全探索領域がステージ位置０μｍ〜ステージ位置５００μｍの５００μｍの範囲である顕微鏡１０を利用して、１００μｍごとに位相差像を撮像した場合における合焦度の評価値（輝度値のラプラシアンの分散値）を示したグラフ図である。図１０Ａ〜図１０Ｃにおいて、算出した輝度値のラプラシアンの分散値は、ひし形のマークで示している。また、かかる場合において、デフォーカス検出処理を実施可能な範囲は、ある焦点位置を中心として、±１００μｍである。
【０１５３】
更に、図１０Ａ〜図１０Ｃでは、１００μｍごとの評価値だけでなく、ステージ位置を細かく変化させながら撮像した位相差像を利用して算出した輝度値のラプラシアンの分散値を、あわせて実線で示している。
【０１５４】
かかる場合における、本実施形態に係る最大値検出部２５７及び処理範囲決定部２５９の動作について、具体的に説明する。
【０１５５】
図１０Ａに示したサンプルの場合、評価値算出部２５１により算出された４つ（１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、４００μｍ）の評価値（輝度値のラプラシアンの分散値）の最大値は、ステージ位置２００μｍにおける評価値である。従って、最大値検出部２５７は、これら４つの評価値を比較して、ステージ位置２００μｍにおける位相差像が、評価値の最大値を与える位相差像であると判断する。その後、処理範囲決定部２５９は、最大値検出部２５７から出力された評価値の最大値を与える位相差像の焦点位置（ステージ位置）に基づいて、その前後１００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。すなわち、処理範囲決定部２５９は、図１０Ａに示したサンプルの場合、１００μｍ〜３００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。
【０１５６】
図１０Ａに示したように、評価値の最大値を与えるステージ位置の前後１００μｍの範囲には、実際に評価値の極大値を与えるステージ位置が存在している。従って、決定された処理範囲に従ってデフォーカス検出処理を実施することで、確実にデフォーカス量を決定することが可能となる。
【０１５７】
図１０Ｂに示したサンプルについても、４種類の評価値の中で評価値の最大値を与える焦点位置（ステージ位置）は、２００μｍである。従って、処理範囲決定部２５９は、図１０Ｂに示したサンプルの場合、１００μｍ〜３００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。このサンプルについても、図１０Ｂに示したように、評価値の最大値を与えるステージ位置の前後１００μｍの範囲には、実際に評価値の極大値を与えるステージ位置が存在している。従って、決定された処理範囲に従ってデフォーカス検出処理を実施することで、確実にデフォーカス量を決定することが可能となる。
【０１５８】
また、図１０Ｃに示したサンプルの場合、４種類の評価値の中で評価値の最大値を与える焦点位置（ステージ位置）は、３００μｍである。従って、処理範囲決定部２５９は、図１０Ｃに示したサンプルの場合、２００μｍ〜４００μｍの範囲を、デフォーカス検出処理の処理範囲として決定する。このサンプルについても、図１０Ｃに示したように、評価値の最大値を与えるステージ位置の前後１００μｍの範囲には、実際に評価値の極大値を与えるステージ位置が存在している。従って、決定された処理範囲に従ってデフォーカス検出処理を実施することで、確実にデフォーカス量を決定することが可能となる。
【０１５９】
処理範囲決定部２５９は、このようにして決定したデフォーカス検出処理の処理範囲を示す情報を、統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９に出力する。統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９は、処理範囲決定部２５９から出力された処理範囲を示す情報に基づいて、該当する処理範囲について、デフォーカス検出処理を実施する。
【０１６０】
以上、本実施形態に係る顕微鏡制御装置２０の機能の一例を示した。上記の各構成要素は、汎用的な部材や回路を用いて構成されていてもよいし、各構成要素の機能に特化したハードウェアにより構成されていてもよい。また、各構成要素の機能を、ＣＰＵ等が全て行ってもよい。従って、本実施形態を実施する時々の技術レベルに応じて、適宜、利用する構成を変更することが可能である。
【０１６１】
なお、上述のような本実施形態に係る顕微鏡制御装置の各機能を実現するためのコンピュータプログラムを作製し、パーソナルコンピュータ等に実装することが可能である。また、このようなコンピュータプログラムが格納された、コンピュータで読み取り可能な記録媒体も提供することができる。記録媒体は、例えば、磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、フラッシュメモリなどである。また、上記のコンピュータプログラムは、記録媒体を用いずに、例えばネットワークを介して配信してもよい。
【０１６２】
＜処理範囲決定方法の流れ＞
次に、図１１を参照しながら、本実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例について、簡単に説明する。図１１は、本実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例を示した流れ図である。
【０１６３】
なお、以下の説明に先立ち、位相差像の撮像位置と位相差像を撮像する枚数Ｎとは、顕微鏡１０の設計パラメータ等に応じて、予め決定されているものとする。
【０１６４】
まず、顕微鏡制御装置２０の統括駆動制御部２２１は、位相差像の撮像枚数を示すパラメータｎを０に設定したうえで（ステップＳ１０１）、ステージ駆動制御部２０５を介して、固定撮像位置ｎに対応する位置までステージを移動させる（ステップＳ１０３）。
【０１６５】
その後、統括駆動制御部２２１は、位相差像撮像制御部２０９を介して、固定撮像位置ｎにおける位相差像Ｐｎを撮像する（ステップＳ１０５）。撮像された位相差像は、顕微鏡画像取得部２２３により取得され、画像処理部２２５により所定の画像処理がなされた後に、処理範囲算出部２２７に出力される。
【０１６６】
続いて、統括駆動制御部２２１は、パラメータｎの値に１を加算して（ステップＳ１０７）、加算後のパラメータｎが、最大の撮像枚数Ｎと等しいか否かを判断する（ステップＳ１０９）。ｎ≠Ｎであった場合、統括駆動制御部２２１は、ステップＳ１０３に戻って、位相差像の撮像処理を継続する。また、ｎ＝Ｎであった場合、統括駆動制御部２２１は、処理範囲算出部２２７に対して、評価値の算出処理を要請する。これにより、処理範囲算出部２２７は、後述するステップＳ１１１を実施することとなる。
【０１６７】
処理範囲算出部２２７の評価値算出部２５１は、撮像された位相差像Ｐ０〜ＰＮ−１のＮ枚の位相差像について、算出領域の評価値（例えば、輝度値のラプラシアンの分散値）を算出する（ステップＳ１１１）。その後、処理範囲算出部２２７の最大値検出部２５７は、最大の評価値となる位相差像の画像番号ｍを特定し（ステップＳ１１３）、特定した位相差像の番号ｍと、対応する焦点位置とを、処理範囲算出部２２７の処理範囲決定部２５９に出力する。処理範囲決定部２５９は、最大値検出部２５７から出力された情報に基づいて、デフォーカス検出処理の処理範囲を決定し、決定した処理範囲を、統括駆動制御部２２１及び特徴量算出部２２９に出力する。
【０１６８】
特徴量算出部２２９は、処理範囲算出部２２７により算出された処理範囲に基づいて、デフォーカス検出処理を実施する。実際には、位相差像Ｐｍを利用することで、算出された処理範囲におけるデフォーカス量検出処理を実施することが可能であるため、特徴量算出部２２９は、位相差像Ｐｍを利用して、デフォーカス量検出処理を実施する（ステップＳ１１５）。その後、特徴量算出部２２９は、検出したデフォーカス量を、統括駆動制御部２２１に出力する。
【０１６９】
統括駆動制御部２２１は、特徴量算出部２２９から出力されたデフォーカス量に基づいて、ステージ位置を調整する（ステップＳ１１７）。これにより、顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡１０に載置されたサンプルに対するオートフォーカスを実現できたこととなる。
【０１７０】
以上、図１１を参照しながら、本実施形態に係る処理範囲決定方法の流れの一例について、簡単に説明した。
【０１７１】
（ハードウェア構成について）
次に、図１２を参照しながら、本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置２０のハードウェア構成について、詳細に説明する。図１２は、本発明の実施形態に係る顕微鏡制御装置２０のハードウェア構成を説明するためのブロック図である。
【０１７２】
顕微鏡制御装置２０は、主に、ＣＰＵ９０１と、ＲＯＭ９０３と、ＲＡＭ９０５と、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）９０６と、を備える。また、顕微鏡制御装置２０は、更に、ホストバス９０７と、ブリッジ９０９と、外部バス９１１と、インターフェース９１３と、入力装置９１５と、出力装置９１７と、ストレージ装置９１９と、ドライブ９２１と、接続ポート９２３と、通信装置９２５とを備える。
【０１７３】
ＣＰＵ９０１は、演算処理装置及び制御装置として機能し、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、またはリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、顕微鏡制御装置２０内の動作全般またはその一部を制御する。ＲＯＭ９０３は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや演算パラメータ等を記憶する。ＲＡＭ９０５は、ＣＰＵ９０１が使用するプログラムや、プログラムの実行において適宜変化するパラメータ等を一次記憶する。また、ＧＰＵ９０６は、顕微鏡制御装置２０内で実施される各種の画像処理に関する演算処理を実施する演算処理装置及び制御装置として機能する。ＧＰＵ９０６は、ＲＯＭ９０３、ＲＡＭ９０５、ストレージ装置９１９、又はリムーバブル記録媒体９２７に記録された各種プログラムに従って、顕微鏡制御装置２０内の画像処理の動作全般又はその一部を制御する。これらはＣＰＵバス等の内部バスにより構成されるホストバス９０７により相互に接続されている。
【０１７４】
ホストバス９０７は、ブリッジ９０９を介して、ＰＣＩ（Ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ／Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）バスなどの外部バス９１１に接続されている。
【０１７５】
入力装置９１５は、例えば、マウス、キーボード、タッチパネル、ボタン、スイッチおよびレバーなどユーザが操作する操作手段である。また、入力装置９１５は、例えば、赤外線やその他の電波を利用したリモートコントロール手段（いわゆる、リモコン）であってもよいし、顕微鏡制御装置２０の操作に対応した携帯電話やＰＤＡ等の外部接続機器９２９であってもよい。さらに、入力装置９１５は、例えば、上記の操作手段を用いてユーザにより入力された情報に基づいて入力信号を生成し、ＣＰＵ９０１に出力する入力制御回路などから構成されている。顕微鏡制御装置２０のユーザは、この入力装置９１５を操作することにより、顕微鏡制御装置２０に対して各種のデータを入力したり処理動作を指示したりすることができる。
【０１７６】
出力装置９１７は、取得した情報をユーザに対して視覚的または聴覚的に通知することが可能な装置で構成される。このような装置として、ＣＲＴディスプレイ装置、液晶ディスプレイ装置、プラズマディスプレイ装置、ＥＬディスプレイ装置およびランプなどの表示装置や、スピーカおよびヘッドホンなどの音声出力装置や、プリンタ装置、携帯電話、ファクシミリなどがある。出力装置９１７は、例えば、顕微鏡制御装置２０が行った各種処理により得られた結果を出力する。具体的には、表示装置は、顕微鏡制御装置２０が行った各種処理により得られた結果を、テキストまたはイメージで表示する。他方、音声出力装置は、再生された音声データや音響データ等からなるオーディオ信号をアナログ信号に変換して出力する。
【０１７７】
ストレージ装置９１９は、顕微鏡制御装置２０の記憶部の一例として構成されたデータ格納用の装置である。ストレージ装置９１９は、例えば、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）等の磁気記憶部デバイス、半導体記憶デバイス、光記憶デバイス、または光磁気記憶デバイス等により構成される。このストレージ装置９１９は、ＣＰＵ９０１が実行するプログラムや各種データ、および外部から取得した各種データなどを格納する。
【０１７８】
ドライブ９２１は、記録媒体用リーダライタであり、顕微鏡制御装置２０に内蔵、あるいは外付けされる。ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録されている情報を読み出して、ＲＡＭ９０５に出力する。また、ドライブ９２１は、装着されている磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、または半導体メモリ等のリムーバブル記録媒体９２７に記録を書き込むことも可能である。リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、ＤＶＤメディア、ＨＤ−ＤＶＤメディア、Ｂｌｕ−ｒａｙメディア等である。また、リムーバブル記録媒体９２７は、コンパクトフラッシュ（登録商標）（ＣｏｍｐａｃｔＦｌａｓｈ：ＣＦ）、フラッシュメモリ、または、ＳＤメモリカード（Ｓｅｃｕｒｅ Ｄｉｇｉｔａｌ ｍｅｍｏｒｙ ｃａｒｄ）等であってもよい。また、リムーバブル記録媒体９２７は、例えば、非接触型ＩＣチップを搭載したＩＣカード（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ ｃａｒｄ）または電子機器等であってもよい。
【０１７９】
接続ポート９２３は、機器を顕微鏡制御装置２０に直接接続するためのポートである。接続ポート９２３の一例として、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）ポート、ＩＥＥＥ１３９４ポート、ＳＣＳＩ（Ｓｍａｌｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｙｓｔｅｍ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。接続ポート９２３の別の例として、ＲＳ−２３２Ｃポート、光オーディオ端子、ＨＤＭＩ（Ｈｉｇｈ−Ｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｍｅｄｉａ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）ポート等がある。この接続ポート９２３に外部接続機器９２９を接続することで、顕微鏡制御装置２０は、外部接続機器９２９から直接各種のデータを取得したり、外部接続機器９２９に各種のデータを提供したりする。
【０１８０】
通信装置９２５は、例えば、通信網９３１に接続するための通信デバイス等で構成された通信インターフェースである。通信装置９２５は、例えば、有線または無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、またはＷＵＳＢ（Ｗｉｒｅｌｅｓｓ ＵＳＢ）用の通信カード等である。また、通信装置９２５は、光通信用のルータ、ＡＤＳＬ（Ａｓｙｍｍｅｔｒｉｃ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｌｉｎｅ）用のルータ、または、各種通信用のモデム等であってもよい。この通信装置９２５は、例えば、インターネットや他の通信機器との間で、例えばＴＣＰ／ＩＰ等の所定のプロトコルに則して信号等を送受信することができる。また、通信装置９２５に接続される通信網９３１は、有線または無線によって接続されたネットワーク等により構成され、例えば、インターネット、家庭内ＬＡＮ、赤外線通信、ラジオ波通信、各種の専用通信又は衛星通信等であってもよい。
【０１８１】
（まとめ）
以上説明したように、本発明の実施形態では、位相差デフォーカス検出可能な範囲に観測対象を配置する検出動作を高速に実現することができ、顕微鏡における焦点調整動作を従来方式に比べて高速に（例えば、トータルで数十倍〜数百倍程度）完了させることが可能となる。
【０１８２】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明はかかる例に限定されない。本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、これらについても、当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【０１８３】
例えば、上記実施形態では、焦点位置を変化させながら複数の位相差像を撮像する場合について説明したが、例えば、主鏡筒光学系に絞り等を挿入して被写界深度を広げたうえで拡大像を撮像し、得られた拡大像を処理に利用してもよい。また、上記実施形態では、合焦度の評価値として、輝度値のラプラシアンの分散値を用いる場合について説明したが、輝度値にシェーディング補正処理を実施して輝度ムラを補正したうえで、補正後の輝度値の分散値を算出し、かかる分散値を合焦度の評価値として利用してもよい。
【符号の説明】
【０１８４】
１ 顕微鏡画像管理システム
１０ 顕微鏡
２０ 顕微鏡制御装置
３０ 画像管理サーバ
４０ 画像表示装置
１１０ サムネイル像撮像部
１２０ 拡大像撮像部
１３０ デフォーカス量検出部
１３１ ビームスプリッター
１３２ フィールドレンズ
１３３ セパレートレンズ
１３４ 撮像素子
１３５ フィルタ挿入機構
１４０ ステージ
１５０ サンプル搬送装置
２０１ 統括制御部
２０３ 照明制御部
２０５ ステージ駆動制御部
２０７ コンデンサレンズ駆動制御部
２０９ 位相差像撮像制御部
２１１ サムネイル像撮像制御部
２１３ 拡大像撮像制御部
２１５ 記憶部
２２１ 統括駆動制御部
２２３ 顕微鏡画像取得部
２２５ 画像処理部
２２７ 処理範囲算出部
２２９ 特徴量算出部
２３１ 顕微鏡画像出力部
２３３ 通信制御部
２５１ 評価値算出部
２５３ ラプラシアン算出部
２５５ 分散値算出部
２５７ 最大値検出部
２５９ 処理範囲決定部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整する駆動制御部と、
複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する評価値算出部と、
算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する処理範囲決定部と、
を備える、顕微鏡制御装置。
【請求項２】
前記処理範囲決定部は、前記合焦度の評価値が最大値となる前記焦点位置を基準として、前記デフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する、請求項１に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記焦点位置の変化幅を、前記デフォーカス量検出処理において前記デフォーカス量を検出可能な検出幅よりも小さく設定し、当該変化幅ごとに前記ステージ又は鏡筒の少なくとも何れかの位置を変化させる、請求項２に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項４】
前記評価値算出部は、前記複数の焦点位置における前記位相差像間で同一のサンプル部分を、前記局所的な領域とする、請求項１に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項５】
前記評価値算出部は、前記焦点位置に応じて、前記局所的な領域の前記位相差像内での位置を変更する、請求項１又は４に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項６】
前記合焦度の評価値は、前記局所的な領域での前記位相差像の輪郭強度の分散値である、請求項１に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項７】
サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整するステップと、
複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出するステップと、
算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定するステップと、
を含む、処理範囲決定方法。
【請求項１】
サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整する駆動制御部と、
複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出する評価値算出部と、
算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する処理範囲決定部と、
を備える、顕微鏡制御装置。
【請求項２】
前記処理範囲決定部は、前記合焦度の評価値が最大値となる前記焦点位置を基準として、前記デフォーカス量検出処理の処理範囲を決定する、請求項１に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項３】
前記駆動制御部は、前記焦点位置の変化幅を、前記デフォーカス量検出処理において前記デフォーカス量を検出可能な検出幅よりも小さく設定し、当該変化幅ごとに前記ステージ又は鏡筒の少なくとも何れかの位置を変化させる、請求項２に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項４】
前記評価値算出部は、前記複数の焦点位置における前記位相差像間で同一のサンプル部分を、前記局所的な領域とする、請求項１に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項５】
前記評価値算出部は、前記焦点位置に応じて、前記局所的な領域の前記位相差像内での位置を変更する、請求項１又は４に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項６】
前記合焦度の評価値は、前記局所的な領域での前記位相差像の輪郭強度の分散値である、請求項１に記載の顕微鏡制御装置。
【請求項７】
サンプルの拡大像を撮像する顕微鏡のステージ又は鏡筒の少なくとも何れかを駆動制御して、前記サンプルの焦点位置を調整するステップと、
複数の前記焦点位置で前記顕微鏡により撮像された前記サンプルの複数の位相差像のそれぞれについて、当該位相差像内の局所的な領域での合焦度の評価値を算出するステップと、
算出された前記合焦度の評価値に基づき、位相差像を利用してサンプルのデフォーカス量を検出するデフォーカス量検出処理の処理範囲を決定するステップと、
を含む、処理範囲決定方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図１０Ａ】
【図１０Ｂ】
【図１０Ｃ】
【図１１】
【図１２】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２０１２−５８６６５（Ｐ２０１２−５８６６５Ａ）
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２０４３５０（Ｐ２０１０−２０４３５０）
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年３月２２日（２０１２．３．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月１３日（２０１０．９．１３）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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