JP2012181341A

JP2012181341A - 顕微鏡装置

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Publication number: JP2012181341A
Application number: JP2011043978A
Authority: JP
Inventors: Shuzo Hiraide; 修三平出
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2011-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2012-09-20

Abstract

【課題】撮像のために試料を照射する光の光量に影響されることなく、高精度に自動合焦を行うことができる。
【解決手段】第１の光学系１０７は、第１の光源１０５及び第２の光源１０６からの光が照射され、第１のスペクトルと第２のスペクトルを重ね合わせたスペクトルを有する光を照射する。第３の光学系１１０は、第２の光学系１０９からの光が入射され、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光とを分けて出射する。撮像部１１２は、第３の光学系１１０からの第１の波長領域の光が入射され、第１の波長領域の光による標本スライド１０１の像を撮像する。ＡＦ部１１４は、第３の光学系１１０からの第２の波長領域の光が入射され、第２の波長領域の光による標本スライド１０１の像の少なくとも一部のコントラストに応じてステージ１０２または第２の光学系１０９を調節することで撮像部１１２の焦点を合わせる。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡装置に関する。

スライドガラス上に病理標本や生物組織など（標本サンプル）を載置し、スライドガラスの透過光、つまり標本サンプルの光像を電子カメラなどの撮像装置で撮像することで画像を取得し、取得した画像をモニタ上で観察するデジタル顕微鏡装置がある。近年、低消費電力であり、低発熱であり、寿命が長くメインテナンスが容易などの理由で白色ＬＥＤ（ＬｉｇｈｔＥｍｉｔｔｉｎｇＤｉｏｄｅ、発光ダイオード）が顕微鏡の照明光源として普及し始めており、光学顕微鏡にも適用されつつある（例えば、特許文献１および非特許文献１参照）。

図１０は、従来知られている、照明光源に白色ＬＥＤを用いた生物顕微鏡の構成を示した概略図である。通常、生物分野に用いる顕微鏡では、反射率の低い透過型のスライド標本を使用することから、光像のコントラストを検出してオートフォーカス（以下、ＡＦと称す）動作を行なう、いわゆるパッシブＡＦ方式が用いられる。

図示する顕微鏡装置１０００は、試料１００１が載置されるステージ１００２と、ステージ１００２を水平方向と光軸方向とに駆動するステージ駆動部１００３を備えている。また、顕微鏡装置１０００は、試料１００１を照明する白色ＬＥＤ１００４と、白色ＬＥＤ１００４の光を集光するコンデンサレンズ１００５と、試料１００１に対向するように複数のレンズで構成された対物レンズ１００６と、対物レンズ１００６の光軸に沿って配置された結像レンズ１００７と、試料１００１の像を撮影するカメラ１００８とを備えている。

また、顕微鏡装置１０００は、試料１００１の像をカメラ１００８に合焦させるために必要な合焦信号を生成するＡＦユニット１００９と、ＡＦユニット１００９が生成する合焦信号に基づいてステージ駆動部１００３を制御するステージ制御部１０１０とを備えている。また、顕微鏡装置１０００は、試料１００１からの光を分配してＡＦユニット１００９に導くビームスプリッタ１０１１を対物レンズ１００６の光軸上に備えている。また、顕微鏡装置１０００は、ビームスプリッタ１０１１からの光を集光し、ＡＦユニット１００９に導くコンデンサレンズ１０１２が備えている。

次に、顕微鏡装置１０００による試料１００１の撮像方法について説明する。まず、ステージ駆動部１００３はステージ１００２を水平方向に駆動させ、ステージ１００２に載置された試料１００１の所定の撮影領域をカメラ１００８の視野範囲に移動させる。次に、ＡＦユニット１００９は、試料１００１からの光像のコントラストを検出し、検出したコントラストに基づいて合焦信号を生成する。また、ＡＦユニット１００９は、生成した合焦信号をステージ制御部１０１０に対して入力する。ステージ制御部１０１０は、入力された合焦信号を解析し、カメラ１００８の撮像素子面上に試料１００１の像が結像するようにステージ駆動部１００３を制御し、ステージ１００２を光軸に移動させる。カメラ１００８の撮像素子面上に試料１００１の像が結像した場合、カメラ１００８は試料１００１の所定の撮影領域の画像の取得を行う。

このように、試料１００１からの光を分割して、カメラ１００８とＡＦユニット１００９とに光を導く顕微鏡装置１０００が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２００５−１４８２９６号公報米国特許第７５７６３０７号明細書

"研究・検査用生物顕微鏡株式会社ニコンホームページ"、［online］、［平成２３年２月２２日検索］、インターネット<URL : http://www.nikon-instruments.jp/jpn/page/products/50i55i.aspx>

高精度にＡＦを行うためには、ＡＦユニットが備えているＡＦセンサに十分な光を供給し、ＡＦセンサが発生する雑音に対して十分大きなＡＦ信号を生成させる必要がある。また、従来の顕微鏡装置の代表的な光源であるハロゲンランプに比べて、白色ＬＥＤの光量は少ない。そのため、顕微鏡装置の光源に白色ＬＥＤを用いた場合、高画質の画像を撮像するために撮影用カメラへの光量配分を多くすると、ＡＦユニットへの光が不十分となり、高精度なＡＦを行うことができないという問題がある。

また、近年、細胞や組織診断といった病理学の分野などにおいて、標本スライドをエリアカメラもしくはラインカメラ等の撮像装置を用いて高解像度で分割撮影し、その撮影した分割画像を張り合わせて標本スライド全体をデジタル画像化して、これをＰＣのモニタ上に表示を行い、あたかも実際の顕微鏡で試料を観察しているかのように操作することができるバーチャル顕微鏡装置が普及し始めている。このようなバーチャル顕微鏡装置においては、病理診断の効率を向上させるために高速な画像読み取りができる装置が強く要求されている。従って、撮像装置の露光時間を長くすることができないためＡＦユニットへの光が不十分となり、高精度なＡＦを行うことができないという問題がある。

本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、撮像のために試料を照射する光の光量に影響されることなく、高精度に自動合焦を行うことができる顕微鏡装置を提供することを目的とする。

本発明は、第１の波長領域に強度分布を有する第１のスペクトルを持つ光を照射する第１の光源と、前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域に強度分布を有する第２のスペクトルを持つ光を照射する第２の光源と、前記第１の光源及び前記第２の光源からの光が照射され、前記第１のスペクトルと前記第２のスペクトルを重ね合わせたスペクトルを有する光を照射する第１の光学系と、前記第１の光学系からの光が試料に入射されるように前記試料を保持するステージと、前記第１の光学系からの光による前記試料の像を拡大する第２の光学系と、前記第２の光学系からの光が入射され、前記第１の波長領域の光と前記第２の波長領域の光とを分けて出射する第３の光学系と、前記第３の光学系からの前記第１の波長領域の光が入射され、当該第１の波長領域の光による前記試料の像を撮像する撮像部と、前記第３の光学系からの前記第２の波長領域の光が入射され、当該第２の波長領域の光による前記試料の像の少なくとも一部のコントラストに応じて前記ステージまたは前記第２の光学系を調節することで前記撮像部の焦点を合わせるオートフォーカス部と、を有することを特徴とする顕微鏡装置である。

また、本発明の顕微鏡装置において、前記第１の光学系は、第１のダイクロイックミラーを有し、前記第３の光学系は、第２のダイクロイックミラーを有することを特徴とする。

また、本発明における顕微鏡装置において、前記オートフォーカス部は、前記第２の波長領域の光による前記試料の像の少なくとも一部のコントラストに応じたオートフォーカス信号を生成し、前記オートフォーカス部が生成するオートフォーカス信号に基づいて、前記第２の光源が照射する光の光量を制御する光量調節部を有することを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡装置において、前記第１の光源は白色ＬＥＤで、前記第１の波長領域は可視光領域であり、前記第２の光源は赤外線照射装置で、前記第２の波長領域は赤外領域であることを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡装置において、前記ステージは、前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置され、前記第２の光学系は、前記試料の透過像を拡大することを特徴とする。

本発明によれば、第１の光源は、第１の波長領域に強度分布を有する第１のスペクトルを持つ光を照射する。また、第２の光源は、第１の波長領域とは異なる第２の波長領域に強度分布を有する第２のスペクトルを持つ光を照射する。また、第１の光学系は、第１の光源及び第２の光源からの光が照射され、第１のスペクトルと第２のスペクトルを重ね合わせたスペクトルを有する光を照射する。また、ステージは、第１の光学系からの光が試料に入射されるように試料を保持する。また、第２の光学系は、第１の光学系からの光による試料の像を拡大する。また、第３の光学系は、第２の光学系からの光が入射され、第１の波長領域の光と第２の波長領域の光とを分けて出射する。また、撮像部は、第３の光学系からの第１の波長領域の光が入射され、当該第１の波長領域の光による試料の像を撮像する。また、オートフォーカス部は、第３の光学系からの第２の波長領域の光が入射され、当該第２の波長領域の光による試料の像の少なくとも一部のコントラストに応じてステージまたは第２の光学系を調節することで撮像部の焦点を合わせる。

これにより、顕微鏡装置は、第２の光源が照射する、第１の波長領域とは異なる第２の波長領域に強度分布を有する第２のスペクトルを持つ光のみを用いてＡＦ処理を行うことができるため、第１の光源が照射する、第１の波長領域に強度分布を有する第１のスペクトルを持つ光の光量に影響されることなく、高精度に自動合焦を行うことができる。

本発明の第１の実施形態における顕微鏡装置の構成を示した概略図である。本発明の第１の実施形態における第１の光源および第２の光源の波長特性と、第１の光学系および第３の光学系の波長特性との関係を示したグラフである。本発明の第１の実施形態におけるＡＦ部の構成を示した概略図である。本発明の第１の実施形態におけるラインセンサの上面図である。本発明の第１の実施形態において、標本スライドの位置を第２の光学系の光軸方向に変化させたときの前ピンコントラスト信号と後ピンコントラスト信号の変化を示したグラフである。本発明の第１の実施形態において、標本スライドの位置を光軸方向に変化させたときの差分コントラスト信号値の変化を示したグラフである。本発明の第２の実施形態における顕微鏡装置の構成を示した概略図である。本発明の第２の実施形態における光源ユニットが備える第１の光源と第２の光源との配置を示した概略図である。本発明の第３の実施形態における顕微鏡装置の構成を示した概略図である。従来知られている、照明光源に白色ＬＥＤを用いた生物顕微鏡の構成を示した概略図である。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本実施形態における顕微鏡装置１の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置１は、ステージ１０２と、ステージ駆動部１０３と、ステージ制御部１０４と、第１の光源１０５と、第２の光源１０６と、第１の光学系１０７と、コンデンサレンズ１０８と、第２の光学系１０９と、第３の光学系１１０と、第１の結像レンズ１１１と、撮像部１１２と、第２の結像レンズ１１３と、ＡＦ（Ａｕｔｏｆｏｃｕｓ、オートフォーカス）部１１４とを備える。

ステージ１０２は、スライドガラス上に病理標本や生物組織などを載置した標本スライド１０１（試料）を載置するための台である。ステージ１０２は、第１の光学系１０７と第２の光学系１０９との間に配置されている。ステージ駆動部１０３は、ステージ１０２を水平及び垂直方向に駆動する。ステージ制御部１０４は、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号（オートフォーカス信号）に基づいてステージ駆動部１０３を制御する。第１の光源１０５は、例えば白色ＬＥＤなどであり、撮像部１１２が標本スライド１０１の像を撮像するために用いる可視光（第１の波長領域に強度分布を有する第１のスペクトルを持つ光）を発生する光源である。第２の光源１０６は、例えば赤外線照射装置（赤外ＬＥＤ）などであり、ＡＦ部１１４が標本スライド１０１の像に基づいてＡＦ信号を生成するために用いる不可視光（第１の波長領域とは異なる第２の波長領域に強度分布を有する第２のスペクトルを持つ光）を発生する光源である。

第１の光学系１０７は、例えばダイクロイックミラーであり、第１の光源１０５からの可視光と第２の光源１０６からの不可視光とを合わせた光（混合光、第１のスペクトルと第２のスペクトルを重ね合わせたスペクトルを有する光）をコンデンサレンズ１０８に対して照射する。図示する例では、第１の光学系１０７は、第１の光源１０５からの可視光を透過し、第２の光源１０６からの不可視光をコンデンサレンズ１０８の方向に反射することで、第１の光源１０５からの可視光と第２の光源１０６からの不可視光とを合わせた光をコンデンサレンズ１０８に対して照射する。

コンデンサレンズ１０８は、第１の光学系１０７が照射した混合光を集光して標本スライド１０１に対して照射する。第２の光学系１０９は、複数のレンズで構成された対物レンズであり、標本スライド１０１に対向するように配置されている。また、第２の光学系１０９は、標本スライド１０１からの光束を集光させ、集光させた混合光を第３の光学系１１０に対して照射する。このように、第２の光学系１０９は、標本スライド１０１の透過像を拡大する。

第３の光学系１１０は、例えばダイクロイックミラーであり、第２の光学系１０９からの混合光に含まれる可視光を第１の結像レンズ１１１に対して照射し、第２の光学系１０９からの混合光に含まれる不可視光を第２の結像レンズ１１３に対して照射する。図示する例では、第３の光学系１１０は、第２の光学系１０９からの混合光に含まれる可視光を透過し、第２の光学系１０９からの混合光に含まれる不可視光を第２の結像レンズ１１３の方向に反射することで、第２の光学系１０９からの混合光に含まれる可視光を第１の結像レンズ１１１に対して照射し、第２の光学系１０９からの混合光に含まれる不可視光を第２の結像レンズ１１３に対して照射する。なお、第３の光学系１１０が透過し、第１の結像レンズ１１１に入射される可視光の光路を光路Ａとする。また、第３の光学系１１０が反射し、第２の結像レンズ１１３に入射される不可視光の光路を光路Ｂとする。

第１の結像レンズ１１１は、第２の光学系１０９の光軸に沿って配置されている。また、第１の結像レンズ１１１は、第２の光学系１０９が集光した混合光のうち、第３の光学系１１０が透過した可視光を撮像部１１２が備える撮像素子の撮像面上に結像させる。これにより、標本スライド１０１からの混合光に含まれる可視光は、撮像部１１２に導かれる。撮像部１１２が備える撮像素子は、標本スライド１０１からの可視光を受光し、受光した可視光を、受光した可視光の強度に応じた電気信号に光電変換する。撮像部１１２は、撮像素子が光電変換した電気信号に基づいて標本スライド１０１の画像データを生成する。

第２の結像レンズ１１３は、第２の光学系１０９が集光した混合光のうち、第３の光学系１１０が反射した不可視光をＡＦ部１１４が備えるラインセンサの受光面上に結像させる。これにより、標本スライド１０１からの混合光に含まれる不可視光は、ＡＦ部１１４に導かれる。ＡＦ部１１４は、不可視光を光電変換するラインセンサを備えており、標本スライド１０１からの不可視光を受光し、受光した不可視光の強度に応じた電気信号に光電変換する。また、ＡＦ部１１４は、ラインセンサが光電変換した電気信号に基づいてＡＦ信号を生成する。

なお、図１において、光路Ａと平行な方向をＺ軸とし、光路Ｂと平行な方向をＸ軸とし、Ｘ軸とＺ軸との両方と垂直な方向をＹ軸とする。また、顕微鏡装置１は、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ、中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ、読み出し専用記憶装置）と、ＲＡＭ(ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ、ランダムアクセスメモリ)と、外部記憶装置等とを含む、図示せぬコンピュータシステムを有している。そして、上述したステージ制御部１０４と、撮像部１１２と、ＡＦ部１１４とにより行なわれる処理の過程は、コンピュータシステムにより制御される。また、例えば、ステージ駆動部１０３と、ステージ制御部１０４と、ＡＦ部１１４とが、本発明のオートフォーカス部に対応する。

次に、第１の光源１０５および第２の光源１０６の波長特性と、第１の光学系１０７および第３の光学系１１０の波長特性とについて説明する。図２は、本実施形態における第１の光源１０５および第２の光源１０６の波長特性と、第１の光学系１０７および第３の光学系１１０の波長特性との関係を示したグラフである。なお、図示するグラフは、第１の光源１０５が白色ＬＥＤであり、第２の光源１０６が赤外ＬＥＤであり、第１の光学系１０７および第３の光学系１１０がダイクロイックミラーである場合の特性を示している。

図示するグラフの横軸は波長を示している。また、図示するグラフの縦軸は、光の強度と、光を透過するか反射するかを示している。また、曲線２０１は、第１の光源１０５が発生する可視光の各波長成分の強度を示している。また、曲線２０２は、第２の光源１０６が発生する不可視光の各波長成分の強度を示している。また、破線２０３は、第１の光学系１０７および第３の光学系１１０が光を透過するか反射するかを示している。

図示するように、第１の光源１０５が発生する光は、可視光成分（可視光である波長）の光の強度が強い。また、第２の光源１０６が発生する光は、不可視光成分（不可視光である波長）の光の強度が強い。また、第１の光学系１０７および第３の光学系１１０は、可視光成分の波長の光を透過し、不可視光成分の波長の光を反射する。すなわち、第１の光学系１０７および第３の光学系１１０は、可視光を透過し、不可視光を反射する。

次に、ＡＦ部１１４の構成について説明する。図３は、本実施形態におけるＡＦ部１１４の構成を示した概略図である。図示する例では、ＡＦ部１１４は、ハーフミラー１１４１と、ミラー１１４２と、ラインセンサ１１４３と、コントラスト検出部１１４４とを備える。ハーフミラー１１４１は、第２の結像レンズ１１３とラインセンサ１１４３との間に配置されている。また、ハーフミラー１１４１は、第２の結像レンズ１１３からの不可視光の一部を透過して一部をミラー１１４２の方向に反射する。これにより、ハーフミラー１１４１は、第２の結像レンズ１１４からの不可視光を、ラインセンサ１１４３の方向と、ミラー１１４２の方向とに２分割する。ミラー１１４２は、ハーフミラー１１４１が反射した不可視光を、ラインセンサ１１４３の方向に反射する。

なお、ハーフミラー１１４１が透過し、ラインセンサ１１４３に入射する不可視光の光路を光路Ｃとする。また、ハーフミラー１１４１が反射し、ミラー１１４２が反射し、ラインセンサ１１４３に入射する不可視光の光路を光路Ｄとする。なお、ミラー１１４２は、反射した不可視光の光路が光路Ｃと略平行になるように配置されている。また、光路Ｃはハーフミラー１１４１から直接ラインセンサ１１４３に導かれる光路であり、光路Ｄはハーフミラー１１４１からミラー１１４２を介してラインセンサ１１４３に導かれる光路であるため、光路Ｄの光路長は、光路Ｃの光路長よりも長い。

ラインセンサ１１４３は、光路Ｃ上かつ光路Ｄ上に配置され、光路Ｃに導かれた標本スライド１０１からの不可視光と、光路Ｄに導かれた標本スライド１０１からの不可視光とを受光し、受光した不可視光の強さに応じた電気信号に光電変換し出力する。なお、ラインセンサ１１４３の光検出面である平面を受光面とする。コントラスト検出部１１４４は、ラインセンサ１１４３が出力する電気信号に基づいて、光路Ｃに導かれてラインセンサ１１４３に入射される標本スライド１０１からの不可視光のコントラストと、光路Ｄに導かれてラインセンサ１１４３に入射される標本スライド１０１からの不可視光のコントラストとの差を検出する。また、コントラスト検出部１１４４は、検出したコントラストの差を示すコントラスト信号を生成し、生成したコントラスト信号をステージ制御部１０４に入力する。なお、図３において、ラインセンサ１１４３からハーフミラー１１４１の方向をｚ軸とし、ハーフミラー１１４１からミラー１１４２の方向をｘ軸とし、ｘ軸とｚ軸との両方と垂直な方向をｙ軸とする。

次に、ラインセンサ１１４３の構成について説明する。図４は、本実施形態におけるラインセンサ１１４３の上面図である。図示するように、ラインセンサ１１４３は、列を成して直線上に配置された複数の受光素子４０１を備えている。また、図４は、本実施形態において、ラインセンサ１１４３に投影される、光路Ｃに導かれた不可視光による投影像が表示される領域４１０と、光路Ｄに導かれた不可視光による投影像が表示される領域４１１とを示している。本実施形態では、光路Ｃに導かれた不可視光（ハーフミラー１１４１が透過した光）による投影像は、領域４１０に投影される。また、光路Ｄに導かれた光（ハーフミラー１１４１が反射し、ミラー１１４２が反射した光）による投影像は、領域４１１に投影される。上述したとおり、光路Ｃの光路長よりも、光路Ｄの光路長の方が長い。そのため、光路Ｃに導かれた不可視光の結像点は、ラインセンサ１１４３の後方（図３、平面ｍ上の後ピン位置３０１）となり、光路Ｄに導かれた不可視光の結像点はラインセンサ１１４３の前方（図３、平面ｎ上の前ピン位置３０２）となる。

次に、ラインセンサ１１４３が出力する信号について説明する。ラインセンサ１１４３は、光路Ｃに導かれて入射した不可視光と、光路Ｄに導かれて入射した不可視光とを受光し、受光した光の強度に応じた電気信号に光電変換して出力する。ここで、ラインセンサ１１４３が、光路Ｃに導かれた像（不可視光）を光電変換した電気信号を、後ピン信号と定義し、ラインセンサ１１４３が、光路Ｄに導かれた像を光電変換した電気信号を、前ピン信号と定義する。

次に、コントラスト検出部１１４４が生成するコントラスト信号について説明する。ラインセンサ１１４３が出力する前ピン信号と後ピン信号は、コントラスト検出部１１４４に入力される。コントラスト検出部１１４４は、前ピン信号と後ピン信号とのコントラスト差を検出し、差分コントラスト信号を生成する。具体的には、コントラスト検出部１１４４は、先ず、前ピン信号と後ピン信号との各々において、受光素子４０１の画素間出力差の絶対値をとり、その総和を取った前ピンコントラスト信号と後ピンコントラスト信号を生成する。次に、コントラスト検出部１１４４は、前ピンコントラスト信号と後ピンコントラスト信号の差分をとり、差分コントラスト信号を生成する。

図５は、標本スライド１０１の位置を第２の光学系１０９の光軸方向（図１、Ｚ軸方向）に変化させたときの前ピンコントラスト信号と後ピンコントラスト信号の変化を示したグラフである。図示するグラフの横軸は、標本スライド１０１と第２の光学系１０９との間の距離（デフォーカス量）を示し、縦軸は、コントラスト信号値を示す。また、曲線５０１は、デフォーカス量と前ピンコントラスト信号値との関係を示す。また、曲線５０２は、デフォーカス量と後ピンコントラスト信号値との関係を示す。Ｚ軸方向に移動するステージ１０２に載置された標本スライド１０１を、第２の光学系１０９に対して十分に遠い位置（−Ｚ）から十分に近い位置（＋Ｚ）まで移動させると、先ず、前ピンコントラスト信号値が、光路Ｄによる投影像合焦位置（前ピン位置）で最大となりその後低下する。続いて、後ピンコントラスト信号値が、光路Ｃによる投影像合焦位置（後ピン位置）で最大となりその後低下する。

図６は、標本スライド１０１の位置を光軸方向（Ｚ軸方向）に変化させたときの差分コントラスト信号値の変化を示したグラフである。図示するグラフの横軸は、標本スライド１０１と第２の光学系１０９との間の距離（デフォーカス量）を示し、縦軸は、差分コントラスト信号値を示す。また、曲線６０１は、デフォーカス量と差分コントラスト信号値との関係を示す。Ｚ軸方向に移動するステージ１０２に載置された標本スライド１０１を、第２の光学系１０９に対して十分に遠い位置（−Ｚ）から十分に近い位置（＋Ｚ）まで移動させると、差分コントラスト信号値は、光路Ｄによる投影像合焦位置で極大となり、その後急峻に低下してゼロとなり、光路Ｃによる投影像合焦位置で極小となるＳ字カーブを描く。

なお、本実施形態では、撮像部１１２が備える撮像素子の撮像面は、差分コントラスト信号値がゼロの時に標本スライド１０１の像が結像する位置に配置されている。そのため、ステージ制御部１０４は、ＡＦ部１１４（コントラスト検出部１１４４）から入力される差分コントラスト信号値がゼロとなるように標本スライド１０１の位置（ステージ１０２の位置）をＺ軸方向に移動させることで、撮像部１１２が備える撮像素子のピントが標本スライド１０１に合うように制御することができる（光路差ＡＦ）。なお、撮像部１１２が備える撮像素子のピントが標本スライド１０１に合うように制御する処理を合焦処理と呼ぶ。

具体的には、ステージ制御部１０４は、入力される差分コントラスト信号値が正のとき、撮像部１１２が備える撮像素子のピントは前ピン状態にあると判断し、ステージ駆動部１０３に、差分コントラスト信号の大きさに従った移動量で−Ｚ軸方向にステージ１０２を移動させる。また、ステージ制御部１０４は、入力される差分コントラスト信号値が負のとき、撮像部１１２が備える撮像素子のピントは後ピン状態にあると判断し、ステージ駆動部１０３に、差分コントラスト信号の大きさに従った移動量で＋Ｚ軸方向にステージ１０２を移動させる。ステージ制御部１０４は、この操作を繰り返し、入力される差分コントラスト信号値がゼロとなったならば、撮像部１１２が備える撮像素子は合焦状態であると判断し、合焦処理を終了する。

次に、本実施形態における顕微鏡装置１の動作について説明する。初めに、ステージ制御部１０４は、ステージ駆動部１０３にステージ１０２を水平方向に駆動させ、第２の光学系１０９の光軸上に標本スライド１０１の撮影すべき所定の領域を移動させる。次に、第１の光源１０５は標本スライド１０１を照射する可視光を発生し、第２の光源１０６は、標本スライド１０１を照射する不可視光を発生する。第１の光学系１０７は、第１の光源１０５が発生した可視光と第２の光源１０６が発生した不可視光とを合わせた光（混合光）をコンデンサレンズ１０８に対して照射する。

コンデンサレンズ１０８は、第１の光学系１０７が照射した混合光を集光して標本スライド１０１に対して照射する。標本スライド１０１を透過した混合光は、第２の光学系１０９で集光され、第３の光学系１１０により、可視光は第１の結像レンズ１１１の方向に分割され、不可視光は第２の結像レンズ１１３の方向に分割される。

第１の結像レンズ１１１の方向に分割された可視光は、第１の結像レンズ１１１を介して、撮像部１１２が備える撮像素子の撮像面に照射される。一方、第２の結像レンズ１１３の方向に分割された不可視光は、第２の結像レンズ１１３を介して、ＡＦ部１１４に入射する。ＡＦ部１１４に入射した不可視光は、ハーフミラー１１４１に入射する。ハーフミラー１１４１に入射した不可視光は、ラインセンサ１１４３の方向と、ミラー１１４２の方向とに分割される。

ラインセンサ１１４３の方向に分割された不可視光は、光路Ｃに導かれてラインセンサ１１４３に投影される。光路Ｃに導かれた光の投影像は、図４に示した領域４１０に投影される。一方、ミラー１１４２の方向に分割された光は、ミラー１１４２を介して、即ち、光路Ｄに導かれて、ラインセンサ１１４３に投影される。光路Ｄに導かれた光の投影像は、図４に示した領域４１１に投影される。

次に、ラインセンサ１１４３は、光路Ｃに導かれて領域４１０に入射した光と、光路Ｄに導かれて領域４１１に入射した光とを受光し、受光した光の強さに応じた前ピン信号と後ピン信号とを出力する。ラインセンサ１１４３が出力する前ピン信号と後ピン信号とは、コントラスト検出部１１４４に入力される。コントラスト検出部１１４４は、前ピン信号と後ピン信号とのコントラスト差を検出してＡＦ信号（差分コントラスト信号）を生成し、ステージ制御部１０４に入力する。ステージ制御部１０４は、コントラスト検出部１１４４から入力されるＡＦ信号値がゼロとなるように標本スライド１０１の位置（ステージ１０２の位置）をＺ軸方向に移動させ、撮像部１１２が備える撮像素子のピントが標本スライド１０１に合うように制御する。そして、ステージ制御部１０４は、コントラスト検出部１１４４から入力されるＡＦ信号値がゼロとなったならば、撮像部１１２が備える撮像素子のピントは合焦状態であると判定し、合焦処理を終了する。合焦処理の終了後、図示せぬコンピュータシステムの指令により、撮像部１１２は標本スライド１０１を撮影し、標本スライド１０１の画像データを生成する。

上述したとおり、本実施形態によれば、第１の光源１０５は可視光を発生し、第２の光源１０６は不可視光を発生する。そして、第１の光学系１０７は、可視光と不可視光とを合わせた混合光を標本スライド１０１に対して照射する。また、第３の光学系１１０は、標本スライド１０１を透過した混合光を可視光と不可視光とに分割する。そして、ＡＦ部１１４は、不可視光を用いてＡＦ処理を行い、撮像部１１２は可視光を用いて標本スライド１０１を撮像する。これにより、顕微鏡装置１は、第２の光源１０６が発生した不可視光のみを用いてＡＦ処理を行うことができるため、第１の光源１０５が発生する可視光の光量に影響されることなく、高精度に自動合焦を行うことができる。

また、撮像装置１は、第１の光源１０５が発生した可視光を全て撮像部１１２に供給することができるため、高画質な画像を取得することができる。また、撮像装置１は、第２の光源１０６が発生した不可視光を全てＡＦ部１１４に供給することができるため、高精度に自動合焦を行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態における顕微鏡装置２の構成と、第１の実施形態における顕微鏡装置１の構成とで異なる点は、標本スライド１０１を照射する光源の構成と、可視光と不可視光とを合わせた光（混合光）を照射する第１の光学部の構成である。

図７は、本実施形態における顕微鏡装置２の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置２は、ステージ１０２と、ステージ駆動部１０３と、ステージ制御部１０４と、光源ユニット７０１と、第１の光学系７０２と、コンデンサレンズ１０８と、第２の光学系１０９と、第３の光学系１１０と、第１の結像レンズ１１１と、撮像部１１２と、第２の結像レンズ１１３と、ＡＦ部１１４とを備える。

ステージ１０２と、ステージ駆動部１０３と、ステージ制御部１０４と、コンデンサレンズ１０８と、第２の光学系１０９と、第３の光学系１１０と、第１の結像レンズ１１１と、撮像部１１２と、第２の結像レンズ１１３と、ＡＦ部１１４との構成は、第１の実施形態における各部の構成と同様の構成である。

光源ユニット７０１は、可視光を発生する複数の第１の光源と、不可視光を発生する複数の第２の光源とを備える。図８は、本実施形態における光源ユニット７０１が備える第１の光源と第２の光源との配置を示した概略図である。図示する例では、光源ユニット７０１には、複数の第１の光源７０１１と、複数の第２の光源７０１２とが交互に配置されている。第１の光源７０１１は可視光を発生する。また、第２の光源７０１２は不可視光を発生する。これにより、光源ユニット７０１は、可視光と不可視光とを発生することができる。

第１の光学系７０２は、例えば拡散板や、光ファイバや、フライアイレンズであり、光源ユニット７０１が備える複数の第１の光源７０１１が発生した可視光と、複数の第２の光源７０１２とが発生した不可視光とを均一に拡散混合し、拡散混合した光（混合光）をコンデンサレンズ１０８に対して照射する。

コンデンサレンズ１０８に照射された混合光は、第１の実施形態と同様に、標本スライド１０１を透過し、第２の光学系１０９で集光され、第３の光学系１１０により、可視光は第１の結像レンズ１１１の方向に分割され、不可視光は第２の結像レンズ１１３の方向に分割される。そして、第１の結像レンズ１１１の方向に分割された可視光は、第１の結像レンズ１１１を介して、撮像部１１２が備える撮像素子の撮像面に照射される。一方、第２の結像レンズ１１３の方向に分割された不可視光は、第２の結像レンズ１１３を介して、ＡＦ部１１４に入射する。ＡＦ部１１４は、不可視光を用いてＡＦ処理を行い、撮像部１１２は可視光を用いて標本スライド１０１を撮像する。

従って、撮像装置２は、光源ユニット７０１が備える複数の第１の光源７０１１が発生した可視光を全て撮像部１１２に供給することができるため、高画質な画像を取得することができる。また、撮像装置２は、光源ユニット７０１が備える複数の第２の光源７０１２が発生した不可視光を全てＡＦ部１１４に供給することができるため、高精度に自動合焦を行うことができる。また、撮像装置２は、光源ユニット７０１が備える複数の第２の光源７０１２が発生した不可視光のみを用いてＡＦ処理を行うことができるため、光源ユニット７０１が備える複数の第１の光源７０１１が発生する可視光の光量に影響されることなく、高精度に自動合焦を行うことができる。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態における顕微鏡装置の構成と、第１の実施形態における顕微鏡装置１の構成とで異なる点は、本実施形態における顕微鏡装置は、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の強度に応じて、第２の光源１０６が発生する不可視光の光量を調節する光量調整部を備えている点である。

図９は、本実施形態における顕微鏡装置３の構成を示した概略図である。図示する例では、顕微鏡装置３は、ステージ１０２と、ステージ駆動部１０３と、ステージ制御部１０４と、第１の光源１０５と、第２の光源１０６と、第１の光学系１０７と、コンデンサレンズ１０８と、第２の光学系１０９と、第３の光学系１１０と、第１の結像レンズ１１１と、撮像部１１２と、第２の結像レンズ１１３と、ＡＦ部１１４と、光量調整部９０１とを備える。

ステージ１０２と、ステージ駆動部１０３と、ステージ制御部１０４と、第１の光源１０５と、第２の光源１０６と、第１の光学系１０７と、コンデンサレンズ１０８と、第２の光学系１０９と、第３の光学系１１０と、第１の結像レンズ１１１と、撮像部１１２と、第２の結像レンズ１１３と、ＡＦ部１１４との構成は、第１の実施形態における各部の構成と同様の構成である。

光量調整部９０１は、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号を取得し、取得したＡＦ信号の強度に基づいて第２の光源１０６が発生する不可視光の光量を調整する。具体的には、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の信号強度が、ステージ制御部１０４によるステージ駆動部１０３の駆動を精度良く行うことができないくらい小さい場合には、光量調整部９０１は、第２の光源１０６が発生する不可視光の光量が大きくなるように第２の光源１０６を制御する。また、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の信号強度が、ステージ制御部１０４によるステージ駆動部１０３の駆動を精度良く行うことができないくらい大きい場合には、光量調整部９０１は、第２の光源１０６が発生する不可視光の光量が小さくなるように第２の光源１０６を制御する。

例えば、標本スライド１０１が光を透過しにくい場合、ＡＦ部１１４に入射する不可視光の光量は少なくなり、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の出力強度が小さくなるが、本実施形態では、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の出力強度が小さい場合、光量調整部９０１は、第２の光源１０６が発生する不可視光の光量が大きくなるように第２の光源１０６を制御するため、高精度でかつ安定したＡＦ動作を行うことができる。また、標本スライド１０１が光を透過しやすい場合、ＡＦ部１１４に入射する不可視光の光量は大きくなり、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の出力強度が大きくなるが、本実施形態では、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の出力強度が大きい場合、光量調整部９０１は、第２の光源１０６が発生する不可視光の光量が小さくなるように第２の光源１０６を制御するため、高精度でかつ安定したＡＦ動作を行うことができる。

上述した通り、本実施形態によれば、撮像装置３は、第１の光源１０５が発生した可視光を全て撮像部１１２に供給することができるため、高画質な画像を取得することができる。また、撮像装置３は、第２の光源１０６が発生した不可視光を全てＡＦ部１１４に供給することができるため、高精度に自動合焦を行うことができる。また、撮像装置３は、第２の光源１０６が発生した不可視光のみを用いてＡＦ処理を行うことができるため、第１の光源１０５が発生する可視光の光量に影響されることなく、高精度に自動合焦を行うことができる。さらに、撮像装置３は、標本スライド１０１の状況に応じてＡＦ動作に最適な光量の不可視光を発生させるように第２の光源１０６を調整することができるので、高精度でかつ安定したＡＦ動作を行うことができる。

以上、この発明の第１の実施形態から第３の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計等も含まれる。

例えば、第２の実施形態における顕微鏡装置２が、第３の実施形態における顕微鏡装置３のように光量調節部９０１を備え、ＡＦ部１１４が出力するＡＦ信号の強度に応じて光源ユニット７０１が備える複数の第２の光源７０１２の発光量を調整するようにしてもよい。

また、例えば、第１の実施形態から第３の実施形態では、オートフォーカス処理を行う際に、コントラスト検出部１１４４から入力されるＡＦ信号値がゼロとなるように標本スライド１０１の位置（ステージ１０２の位置）をＺ軸方向に移動させたがこれに限らない。例えば、オートフォーカス処理を行う際に、コントラスト検出部１１４４から入力されるＡＦ信号値がゼロとなるように、第２の光学系１０９（対物レンズ）をＺ軸方向に移動させるようにしてもよい。

１，２，３・・・顕微鏡装置、１０２・・・ステージ、１０３・・・ステージ駆動部、１０４・・・ステージ制御部、１０５，７０１１・・・第１の光源、１０６，７０１２・・・第２の光源、１０７，７０２・・・第１の光学系、１０８・・・コンデンサレンズ、１０９・・・第２の光学系、１１０・・・第３の光学系、１１１・・・第１の結像レンズ、１１２・・・撮像部、１１３・・・第２の結像レンズ、１１４・・・ＡＦ部、４０１・・・受光素子、７０１・・・光源ユニット、９０１・・・光量調整部、１１４１・・・ハーフミラー、１１４２・・・ミラー、１１４３・・・ラインセンサ、１１４４・・・コントラスト検出部

Claims

第１の波長領域に強度分布を有する第１のスペクトルを持つ光を照射する第１の光源と、
前記第１の波長領域とは異なる第２の波長領域に強度分布を有する第２のスペクトルを持つ光を照射する第２の光源と、
前記第１の光源及び前記第２の光源からの光が照射され、前記第１のスペクトルと前記第２のスペクトルを重ね合わせたスペクトルを有する光を照射する第１の光学系と、
前記第１の光学系からの光が試料に入射されるように前記試料を保持するステージと、
前記第１の光学系からの光による前記試料の像を拡大する第２の光学系と、
前記第２の光学系からの光が入射され、前記第１の波長領域の光と前記第２の波長領域の光とを分けて出射する第３の光学系と、
前記第３の光学系からの前記第１の波長領域の光が入射され、当該第１の波長領域の光による前記試料の像を撮像する撮像部と、
前記第３の光学系からの前記第２の波長領域の光が入射され、当該第２の波長領域の光による前記試料の像の少なくとも一部のコントラストに応じて前記ステージまたは前記第２の光学系を調節することで前記撮像部の焦点を合わせるオートフォーカス部と、
を有することを特徴とする顕微鏡装置。
前記第１の光学系は、第１のダイクロイックミラーを有し、
前記第３の光学系は、第２のダイクロイックミラーを有する
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記オートフォーカス部は、前記第２の波長領域の光による前記試料の像の少なくとも一部のコントラストに応じたオートフォーカス信号を生成し、
前記オートフォーカス部が生成するオートフォーカス信号に基づいて、前記第２の光源が照射する光の光量を制御する光量調節部
を有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記第１の光源は白色ＬＥＤで、前記第１の波長領域は可視光領域であり、
前記第２の光源は赤外線照射装置で、前記第２の波長領域は赤外領域である
ことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。
前記ステージは、前記第１の光学系と前記第２の光学系との間に配置され、
前記第２の光学系は、前記試料の透過像を拡大する
ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の顕微鏡装置。