JP4673000B2 - 蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器 - Google Patents

Description

本発明は、試料の画像を表示する機能を備えた蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器に関する。

従来より、細胞の微細構造や分子の局在等を観察するために、蛍光顕微鏡やレーザ顕微鏡が使用されている。蛍光顕微鏡では、試料内の注目する特定の分子に特異的に結合する蛍光分子（蛍光プローブ等と呼ばれ、例えば注目するタンパク質の抗体に蛍光分子を共有結合させたものなどが使用される）を付けて、この分子の分布や動きを観察する。落射蛍光顕微鏡の一例を、図９に基づいて説明する。落射照明は、光源光を対物レンズ９５０を通して照射し、試料Ｗからの蛍光をその対物レンズ９５０を通して観察する照明法である。照明光（励起光）と観察光（蛍光）が対物レンズ９５０の同じ光路を使用し、対物レンズ９５０はコンデンサを兼用している。図９において、落射照明による観察を実現する構成を達成するために、落射蛍光顕微鏡はダイクロイックミラー９１４を用いている。ダイクロイックミラー９１４は一般にダイクロイックキューブ（フィルタセット）と呼ばれる箱状体に、励起フィルタ９１２と吸収（バリア）フィルタ９１６と共にセットされている。光源の照射光はまず励起フィルタ９１２で余分な波長の光がカットされ、使用する蛍光染料の蛍光分子が吸収する波長の光のみ通過させる。これによって観察の障害となる背景光が減衰される。この励起光は光軸に対して約４５°に傾いたダイクロイックミラー９１４で直角に反射されて対物レンズ９５０を通して試料Ｗに到達する。試料Ｗから発する蛍光は、励起光と逆向きに進んで対物レンズ９５０を通してダイクロイックミラー９１４に到着する。ダイクロイックミラー９１４は、特定波長以下の光を反射して、それ以上長い波長の光を通過する性質を持つので、蛍光はこのミラーを透過する。通過した後に、吸収フィルタ９１６により、注目する蛍光以外の波長をカットし、背景ができるだけ暗くなるようにした後、経過光を接眼レンズ９に導く（特許文献１参照）。ここで、試料に導入される蛍光色素とフィルタの組み合わせとして、代表的な蛍光色素とその励起フィルタ、吸収フィルタの組み合わせの一覧を図１０に示す。図１０において、蛍光色素の試薬名（通称）とその励起光の波長、および吸収光の波長を、帯域中の主要なピーク値で示している。
特開２０００−２２７５５６号公報

一方で近年の蛍光観察においては、試料内の複数物質を追跡するために、複数の蛍光色素を染色、発現させる多色蛍光法が用いられるようになっている。上述の蛍光顕微鏡では蛍光色素に応じたフィルタセットを装着して蛍光観察を行うため、単色の蛍光観察しか行えない。蛍光顕微鏡を利用して多色蛍光観察を行う方法としては、蛍光顕微鏡にＣＣＤカメラなどの撮像素子を装着して、複数の蛍光色素を同時に観察できるデュアル、トリプルバンドパスフィルタを使用する方法や、使用する蛍光色素それぞれに対応したシングルパス（単色用）のフィルタセットを切り替えて使用する方法等がある。しかしながら、デュアル、トリプルバンドパスフィルタを使用する方法では、フィルタセットの特性として使用できる蛍光色素の組み合わせが限られてしまうため、選択の自由度が制限されてしまう。すなわち、利用できるケースが限られてしまうという問題がある。また、複数の色を通過させるため色分離特性が悪くなり、クロストークが発生するという問題もある。さらに、単色での画像が観察できないという問題もある。

一方、シングルパスのフィルタセットを切り替えて使用する方法は、フィルタセット毎に撮像し、これらを撮像後に重ね合わせて使用する。例えば３色蛍光の場合は３回の撮像を行うため、単色の画像を観察できる上、これらを合成した画像も観察できる。しかしながら、この方法では各色毎の撮像後に合成する必要があるため事後的にしか確認できず、リアルタイムで各色がどのような重なりを示しているのかを観察することはできない。また、フィルタセット毎に撮像するためにはフィルタセットを一々手動で切り替える必要があり、作業が煩雑になるという問題もあった。

一方で、リアルタイムに単色画像と重ね合わせ画像を得ることのできる顕微鏡として、共焦点レーザ顕微鏡や多光子励起レーザ顕微鏡等のレーザ顕微鏡が開発されている。レーザ顕微鏡は、試料面をレーザで走査してその焦点面の蛍光の空間分布を記録し、コンピュータで処理を行うことで、その切片画像を再現する。共焦点レーザ顕微鏡では、試料に対して、点光源であるレーザ光を、レーザ光の波長を反射するダイクロイックミラーで反射し、対物レンズにより絞って照射する。このレーザ光により単光子励起された蛍光分子からの蛍光は、蛍光の波長は通すダイクロイックミラーを介してレンズで絞られるとともに、共焦点ピンホールを通過して、光電子増倍管等で構成されている検出器により受光される。このような基本的な構成において、レーザ光をＸ−Ｙ走査ミラーにより２次元走査することにより、試料中のレーザ光が照射される光路中の蛍光分子が励起される。励起された蛍光分子からの蛍光の内共焦点ピンホールを通過した蛍光のみを検出器で受光してコンピュータにより画像処理することにより、試料の焦点面の断層蛍光像が得られる。焦点面を変化させて各断層面の画像を得てさらに画像処理すると、試料の３次元画像も得ることができる。

しかしながら、レーザ顕微鏡では励起光源としてレーザ光を使用するため励起光が非常に強くなり、励起光を試料に照射することによるダメージが大きくなり、生細胞を損傷したり、蛍光色が退色してしまうといった問題がある。特に走査を繰り返すたびに損傷の程度が酷くなる。また励起光源のレーザは単波長であるため、励起したい蛍光の数だけレーザ装置を用意する必要があり、装置が非常に高価になるという問題もある。特にレーザは定期的に交換する必要があるため、ランニングコストやメンテナンスの負担も大きい。このため、レーザ顕微鏡によらず、安価な蛍光顕微鏡を使用して多色蛍光法が簡便に実現できる手法が望まれていた。

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、多色蛍光観察をほぼリアルタイムで実現可能な蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器を提供することにある。

上記の目的を達成するために、本発明の蛍光顕微鏡は、光学系１０を構成する光学部材として、所定の励起フィルタ１２、ダイクロイックミラー１４および吸収フィルタ１６の組み合わせを含む複数種類のフィルタセット１と、フィルタセット１を所定のタイミングで切替可能なフィルタ切替部１８と、フィルタ切替部１８でフィルタセット１を切り替えるタイミングを設定する切替設定部２０と、フィルタ切替部１８で光学系１０の光路にセットされたフィルタセット１を用いて観察対象の試料Ｗの画像イメージを撮像可能な撮像部２２と、撮像部２２で撮像した画像イメージを表示する画像表示領域Ｇを複数有する表示部２４と、撮像部２２で撮像した画像イメージを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成する制御部２６と、複数のフィルタセット１の内、前記表示部２４の各画像表示領域Ｇで表示させたい画像イメージのフィルタセット１を選択するフィルタセット選択手段とを備える。この蛍光顕微鏡は、一の画像表示領域Ｇで、いずれかのフィルタセット１で撮像された画像を表示可能に構成してなると共に、重ね合わせ画像表示領域Ｏで、他のフィルタセット１で各々撮像された画像同士を重ね合わせた重ね合わせ画像を表示可能に構成している。また各画像表示領域Ｇおよび重ね合わせ画像表示領域Ｏで表示される画像イメージを逐次更新し、各フィルタセット１の単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで同時に観察可能に構成している。さらに前記フィルタセット選択手段は、ユーザによるフィルタセットの選択を可能にしており、前記フィルタ切替部１８は、前記フィルタセット選択手段で選択されたフィルタセットに順次切り替え可能であり、前記切替設定部２０で設定されたタイミングで前記フィルタ切替部１８がフィルタセット１を切り替えるタイミングに連動して、前記撮像部２２が各フィルタセット１毎に撮像し、撮像した各単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像イメージが、画像表示領域Ｇ、Ｏにおいて自動的に更新されて表示される。これによって、各フィルタセットで撮像した単色の蛍光画像等の画像イメージと共に、これらを多重に重ね合わせた重ね合わせ画像を自動的に表示でき、これらを対比して観察を容易にできる。

また、この蛍光顕微鏡は、切替設定部２０で設定されたタイミングでフィルタ切替部１８がフィルタセット１を切り替えるタイミングに連動して撮像部２２が各フィルタセット１毎に撮像し、撮像した画像イメージが画像表示領域Ｇにおいて自動的に更新されて表示される。これによって、自動的にフィルタセット毎に画像イメージを更新した最新の画像イメージを、重ね合わせ画像も含めて表示させることができる。
さらに画像イメージを確認したいフィルタセットを取捨選択でき、所望の蛍光色のみを表示させて他のフィルタセットを用いた撮像を行わないことでその分の処理や描画更新速度を高速化できる。さらに、自動で各フィルタセットを切り替えて撮像と表示部の各画像表示領域の更新を繰り返すオートモードと、ユーザが指定したフィルタセットについてのみの撮像と画像表示更新を繰り返すマニュアルモードとを切り替え可能とすることもできる。

さらに、本発明の他の蛍光顕微鏡は、試料Ｗを載置する試料載置部２８と、試料載置部２８と光学系１０との光軸方向の距離を変更可能な高さ調整部３０と、高さ調整部３０が距離を変更する際の条件として、移動範囲及び移動幅を設定するための高さ指定部３２と、光軸方向の所定の位置毎に撮像部２２で撮像された画像イメージを位置情報と共に保持するメモリ部３４と、メモリ部３４で保持された複数の画像イメージを位置情報に基づいて合成し、３次元情報を含むスタック画像を生成する制御部２６とを備える。この蛍光顕微鏡は、高さ指定部３２で指定された条件に従い、高さ調整部３０で試料載置部２８と光学系１０との光軸方向の距離を変更しながら、各位置において撮像部２２で画像イメージを撮像し、撮像された画像イメージに基づいて制御部２６で合成されたスタック画像を表示部２４に表示可能に構成している。これによって、所望の条件で光軸方向の奥行きを持った立体的な３次元画像イメージを生成でき、多色蛍光観察においては蛍光染料の発現箇所等を立体的に深度深く観察することが可能となる。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、各フィルタセット１に応じて撮像部２２で撮像される画像イメージの明度が所定値以上となるよう、検出された試料Ｗの蛍光光量を電気的に調整する利得調整手段を備える。これによって、例えば試料の蛍光光量が低い場合であっても撮像部で検出される検出信号の利得ゲインを調整して、画像イメージの明度を一定に維持できる。このため、たとえ切替部による切り替え時間が短く露光時間の短い場合であっても、信号の利得を増加して明るい画像を得ることができ、特に切り替え時間間隔によらず一定の信号を確保した画像を得ることができる。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、表示部２４で表示される画像イメージの更新速度を調整するための速度調整部３６を備えている。これによって、表示部の描画が更新される速度を調整して、フレームレートの高いスムーズな画像や、フレームレートを抑えてＳ／Ｎ比をよくした画像など、所望の画像に調整できる。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、所定のフィルタセット１を用いて撮像された画像イメージを表示する領域を所望の画像表示領域Ｇに割り付けるための割付部３８を備える。これによって、ユーザは所望のフィルタセットを用いて撮像した画像イメージを所望の位置に表示して対比でき、観察したい対象に応じて自由な選択が可能となる。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、表示部２４に表示される画像を調整するために、視野移動のための位置、高さ、倍率の少なくともいずれかの画像調整パラメータを調整可能な画像調整部４０を備える。これによって、ユーザは画像イメージを確認しながらＸＹ方向の位置を変更した視野探しやＺ方向の高さを変更したフォーカス調整等を行える。また、画像調整部で画像調整パラメータを調整したイメージ画像が表示部においてほぼリアルタイムで更新されるよう構成することで、調整後の設定を反映した画像イメージを速やかに目で確認でき、視野決定が容易に行える。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、複数のフィルタセット１が、それぞれ試料Ｗに導入される複数種類の蛍光染料の蛍光色のいずれかに応じた単色のフィルタセット１である。例えばＲＧＢ、ＣＭＹなど、試料や蛍光色素に応じた組み合わせが適宜採用でき、異なる蛍光色を持つ複数の蛍光染料を試料に導入し、励起光で励起して蛍光色を観察する多色蛍光観察に好適に利用できる。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、さらに特定のフィルタセット１で取得された信号の強度を調整可能な色補正部４２を備える。これによって、特定の色成分について強弱を調整して、注目部位の観察を他の蛍光色に妨げられることなく容易に行える。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、各画像表示領域Ｇ毎に現在の動作状態を示すインジケータ４４を表示可能に構成している。これによってユーザは、画像表示領域毎に画面更新中、静止中、重ね合わせ中等の動作状態をインジケータで確認できる。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、試料載置部２８および光学系１０の光路が外乱光から遮断された暗室空間４６内に配置される。これにより、蛍光観察を暗室状態で行えるため、蛍光顕微鏡自体を暗室に設置することなく使用でき、使い勝手が改善される。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、撮像部２２が２次元状に配列された受光素子で構成されている。これによってレーザ顕微鏡のような走査が不要で一画面の画像イメージを同時に取得できる。受光素子は好適にはＣＣＤで構成される。

さらにまた、本発明の他の蛍光顕微鏡は、試料Ｗに含まれる蛍光体を励起する励起光源４８が紫外線発光ダイオードで構成される。紫外線発光ダイオードＵＶＬＥＤは低消費電力、高効率で長寿命であり、球切れの心配がなく信頼性を向上させ、蛍光顕微鏡のメンテナンスの手間を省力化し、低コスト化、小型化に貢献し得る。

また、本発明の蛍光顕微鏡を用いた観察方法は、異なる蛍光色を持つ複数の蛍光染料を試料Ｗに導入し、励起光で励起して蛍光色を観察する多色蛍光観察を行う方法である。この蛍光顕微鏡装置を用いた観察方法は、光学系１０を構成する光学部材として蛍光染料に応じた励起フィルタ１２、ダイクロイックミラー１４および吸収フィルタ１６の組み合わせを含む複数の異なる種類のフィルタセット１の中から第一フィルタセット１を選択し、この第一フィルタセット１を使用して撮像部２２で撮像して取得された第一画像イメージを表示部２４の複数の画像表示領域Ｇの内、予め指定された所定の画像表示領域Ｇに表示するステップと、第一フィルタセット１をフィルタ切替部１８で第二フィルタセット１に切り替えて第二画像イメージの撮像を行い、同様に第二画像イメージを予め指定された他の画像表示領域Ｇに表示すると共に、前記第一画像イメージと第二画像イメージとを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成して、予め指定された重ね合わせ画像表示領域Ｏに表示するステップとを有する。そして前記フィルタセット選択手段で選択された第一及び第二フィルタセットとを、所定のタイミングで、前記フィルタ切替部１８が順次切り替えを行い、前記所定のタイミングに連動して、前記撮像部２２が第一及び第二フィルタセット１で撮像し、上記第一イメージ及び第二イメージを順次撮像することで、各画像表示領域Ｇおよび重ね合わせ画像表示領域Ｏで表示される画像イメージを逐次更新し、各フィルタセット１の単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで同時に観察可能としている。これによって、各フィルタセットで撮像した単色の蛍光画像等の画像イメージと共に、これらを多重に重ね合わせた重ね合わせ画像を自動的に表示でき、これらを対比して観察を容易にできる。

さらに、本発明の他の蛍光顕微鏡を用いた観察方法は、さらに観察対象の視野を決定し、かつ試料Ｗを載置する試料載置部２８と光学系１０との光軸方向の距離を変化させる移動範囲及び移動幅を設定するステップと、設定にしたがって移動幅毎に光軸方向の距離を変更するステップと、この重ね合わせ画像を光軸方向の位置情報と共にメモリ部３４に保持するステップとを有する。これによって、所望の条件で光軸方向の奥行きを持った立体的な３次元画像イメージを生成でき、多色蛍光観察においては蛍光染料の発現箇所等を立体的に深度深く観察することが可能となる。

また、本発明の蛍光顕微鏡画像表示プログラムは、異なる蛍光色を持つ複数の蛍光染料を試料Ｗに導入し、励起光で励起して蛍光色を観察する多色蛍光観察を行う蛍光顕微鏡装置を操作して画像を表示させるプログラムである。この蛍光顕微鏡画像表示プログラムは、コンピュータまたは蛍光顕微鏡装置に、光学系１０を構成する光学部材として蛍光染料に応じた励起フィルタ１２、ダイクロイックミラー１４および吸収フィルタ１６の組み合わせを含む複数の異なる種類のフィルタセット１の中から第一フィルタセット１を選択し、この第一フィルタセット１を使用して撮像部２２で撮像して取得された第一画像イメージを表示部２４の複数の画像表示領域Ｇの内、予め指定された所定の画像表示領域Ｇに表示する機能と、第一フィルタセット１をフィルタ切替部１８で第二フィルタセット１に切り替えて第二画像イメージの撮像を行い、同様に第二画像イメージを予め指定された他の画像表示領域Ｇに表示すると共に、前記第一画像イメージと第二画像イメージとを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成して、予め指定された重ね合わせ画像表示領域Ｏに表示する機能とを実行させる。そして前記フィルタセット選択手段で選択された第一及び第二フィルタセットとを、所定のタイミングで、前記フィルタ切替部１８が順次切り替えを行い、前記所定のタイミングに連動して、前記撮像部２２が第一及び第二フィルタセット１で撮像し、上記第一イメージ及び第二イメージを順次撮像することで、各画像表示領域Ｇおよび重ね合わせ画像表示領域Ｏで表示される画像イメージを逐次更新し、各フィルタセット１の単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで同時に観察可能としている。これによって、各フィルタセットで撮像した単色の蛍光画像等の画像イメージと共に、これらを多重に重ね合わせた重ね合わせ画像を自動的に表示でき、これらを対比して観察を容易にできる。

さらに、本発明の他の蛍光顕微鏡画像表示プログラムは、さらに観察対象の視野を決定し、かつ試料Ｗを載置する試料載置部２８と光学系１０との光軸方向の距離を変化させる移動範囲及び移動幅を設定する機能と、設定にしたがって移動幅毎に光軸方向の距離を変更する機能と、この重ね合わせ画像を光軸方向の位置情報と共にメモリ部３４に保持する機能とを実行させる。これによって、所望の条件で光軸方向の奥行きを持った立体的な３次元画像イメージを生成でき、多色蛍光観察においては蛍光染料の発現箇所等を立体的に観察することが可能となる。

また本発明のコンピュータで読み取り可能な記録媒体または記憶した機器は、蛍光顕微鏡画像表示プログラムを格納するものである。記録媒体には、ＣＤ−ＲＯＭ、ＣＤ−Ｒ、ＣＤ−ＲＷやフレキシブルディスク、磁気テープ、ＭＯ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＡＭ、ＤＶＤ−Ｒ、ＤＶＤ＋Ｒ、ＤＶＤ−ＲＷ、ＤＶＤ＋ＲＷ、Ｂｌｕ−ｒａｙ、ＨＤ ＤＶＤ（ＡＯＤ）等の磁気ディスク、光ディスク、光磁気ディスク、半導体メモリその他のプログラムを格納可能な媒体が含まれる。またプログラムには、上記記録媒体に格納されて配布されるものの他、インターネット等のネットワーク回線を通じてダウンロードによって配布される形態のものも含まれる。さらに記憶した機器には、上記プログラムがソフトウェアやファームウェア等の形態で実行可能な状態に実装された汎用もしくは専用機器を含む。さらにまたプログラムに含まれる各処理や機能は、コンピュータで実行可能なプログラムソフトウエアにより実行してもよいし、各部の処理を所定のゲートアレイ（ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ）等のハードウエア、又はプログラムソフトウエアとハードウェアの一部の要素を実現する部分的ハードウエアモジュールとが混在する形式で実現してもよい。

本発明の蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器によれば、多色蛍光観察においても各蛍光色を重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで表示、更新できる。それは、フィルタセットの切り替えを自動で行うと共に、各画像イメージの重ね合わせ画像も同時に逐次行われ、共に表示部に表示可能としているからである。この撮像処理を自動で繰り返すことにより各画像イメージの描画が継続され、ほぼリアルタイムで更新されていく。これによって、従来はレーザ顕微鏡でしかできかなった多色蛍光観察のリアルタイムと同等の観察が、蛍光顕微鏡でも実現でき、より安価で試料に与えるダメージも少ないという優れた多色蛍光観察が行える。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器を例示するものであって、本発明は蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器を以下のものに特定しない。さらに、本明細書は、特許請求の範囲を理解し易いように、実施の形態に示される部材に対応する番号を、「特許請求の範囲の欄」、及び「課題を解決するための手段の欄」に示される部材に付記している。ただ、特許請求の範囲に示される部材を、実施の形態の部材に特定するものでは決してない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。

本明細書において蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器は、蛍光顕微鏡の操作や表示、設定を行うシステムそのもの、ならびに蛍光顕微鏡の操作、表示、設定等に関連する入出力、表示、演算、通信その他の処理をハードウェア的に行う装置や方法に限定するものではない。ソフトウェア的に処理を実現する装置や方法も本発明の範囲内に包含する。例えば汎用の回路やコンピュータにソフトウェアやプログラム、プラグイン、オブジェクト、ライブラリ、アプレット、スクリプレット、コンパイラ、モジュール、特定のプログラム上で動作するマクロ等を組み込んで蛍光顕微鏡の画像表示そのものあるいはこれに関連する処理を可能とした汎用あるいは専用のコンピュータ、ワークステーション、端末、携帯型電子機器その他の電子デバイスも、本発明の蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器の少なくともいずれかに含まれる。また本明細書においては、プログラム自体も蛍光顕微鏡装置に含むものとする。また本プログラムは単体で使用するものに限られず、特定のコンピュータプログラムやソフトウェア、サービス等の一部として機能する態様や、必要時に呼び出されて機能する態様、ＯＳ等の環境においてサービスとして提供される態様、環境に常駐して動作する態様、バックグラウンドで動作する態様やその他の支援プログラムという位置付けで使用することもできる。

図１に、本発明の一実施の形態に係る蛍光顕微鏡のブロック図を示す。なお以下の例では、蛍光顕微鏡を用いて、試料Ｗ（標本、検体、サンプル等とも呼ばれる）に複数の蛍光染料（蛍光色素）を導入して多色で染色、発現させる多色蛍光観察を行う例について説明する。この図に示す蛍光顕微鏡１００は、励起光源４８、コレクタレンズ５４、フィルタセット１、対物レンズ５０、結像レンズ５２、撮像部２２を備える。これらの部材は一定の光路上に配置される。励起光源４８は蛍光染料を励起する励起光を発する。例えば高圧水銀ランプや高圧キセノンランプなどが用いられる。これらは、幅広い波長の光を放出する。また励起光源４８として、低消費電力で小型、高効率の発光ダイオードを用いることもできる。また励起光源などの部材はユニット化し、ユニットを組み合わせて蛍光顕微鏡システムを構成することもできる。これらの励起光源４８からの照明光は、コレクタレンズ５４でほぼ平行な光束にされてフィルタセット１に励起光として導入される。コレクタレンズ５４は、落射照明の場合蛍光落射照明レンズ等が利用できる。なお以下の例では試料の照明を落射照明型とするが、同様に透過型照明や全反射照明型等他の照明方法についても本発明は適用可能である。また図１の例では撮像部２２のみを図示し、目視用の接眼レンズを設けていないが、目視用の機構を設けることもできることはいうまでもない。この場合ミラー等を利用して結像レンズを経た蛍光を選択的に切り替え、反射、分岐させることができる。

フィルタセット１は、特定の蛍光染料の観察に適した波長の光を選択的に透過するシングルパスのフィルタおよびミラーの組み合わせであり、図に示すように励起フィルタ１２と吸収フィルタ１６とダイクロイックミラー１４を備える。さらにフィルタセット１は、複数種類が切り替え可能に構成されている。各フィルタセット１は、使用する蛍光染料に応じた励起フィルタ１２と吸収フィルタ１６とダイクロイックミラー１４の組み合わせからなり、これらを切り替えることでそれぞれ異なる単色画像を撮像できる。複数のフィルタセット１はフィルタホルダ５６にセットされ、フィルタ切替部１８で切り替えられる。フィルタセット１の励起フィルタ１２で選択された励起光はダイクロイックミラー１４で反射され、対物レンズ５０を通過して試料Ｗに投射される。対物レンズ５０は、コンデンサレンズを兼用している。対物レンズ５０は観察目的に応じて交換可能であり、ネジ式などにより脱着式に、あるいはレボルバ等で複数の対物レンズ５０を切り替え可能に構成できる。
（暗室空間４６）

試料Ｗは、試料載置部２８に載置される。一般に蛍光試料などの微弱光試料の観察は、外乱光を排除する必要があるため暗室で行われる。本実施の形態に係る蛍光顕微鏡１００は、試料載置部２８および光学系１０の光路を外乱光から遮断された暗室空間４６内に配置し、この暗室空間４６を暗室状態とすることにより、暗室を用意することなく蛍光観察を行え、使い勝手を改善している。試料載置部２８はＸＹステージなどが利用でき、Ｘ軸、Ｙ軸方向に移動可能である。また試料載置部２８は上下方向（Ｚ軸方向）にも移動可能とすることにより、光学系１０との相対距離を変化させてフォーカスの調整を可能としている。

試料Ｗに含まれる蛍光染料の内、照射された励起光に対応する蛍光染料が蛍光を発し、この蛍光が対物レンズ５０を通過してフィルタセット１に入射され、ダイクロイックミラー１４を通過する。このようにダイクロイックミラー１４は、照明光を反射して蛍光を透過する。さらに吸収フィルタ１６で蛍光を通過し、照明光等蛍光以外の光成分を選択的に吸収する。吸収フィルタ１６はバリアフィルタとも呼ばれ、ダイクロイックミラー１４よりも蛍光像の形成面側に配置される。フィルタセット１を出た光は結像レンズ５２を通過して撮像部２２に入射される。撮像部２２は対物レンズ５０の焦点面と共役な位置に配置される。この撮像部２２は蛍光を電気信号に変換し、この信号に基づいて画像が生成され、表示部２４にて表示される。このため撮像部２２は撮像素子で構成され、ＣＣＤカメラ等の半導体撮像素子が好適に利用できる。ＣＣＤカメラは２次元上に配列されており、レーザ顕微鏡のように画面を順次走査することなく一画面を同時に撮像できる。ＣＣＤカメラは冷却することでノイズ特性を向上できるので、ペルチエ素子や液体窒素等で冷却する機構を備えるＣＣＤカメラを使用してもよい。以上のように蛍光顕微鏡は、シングルパスのフィルタセット１をフィルタ切替部１８によって自動で切り替えでき、各フィルタセット１で撮像した単色画像と、これらを重ね合わせた重ね合わせ画像を、同時に表示できる。
（フィルタセット１）

フィルタセット１は、一般にダイクロイックキューブと呼ばれる箱状体に、励起フィルタ１２と吸収フィルタ１６とダイクロイックミラー１４の組を含んでいる。フィルタセット１は、試料Ｗに導入する蛍光染料に応じて励起フィルタ１２、ダイクロイックミラー１４、吸収フィルタ１６の組み合わせが決定される。蛍光染料で発現される色のみが正しく観察できるように、所望の波長成分の光を抽出し他の波長成分を排除するよう、シングルパスのバンドパスフィルタの組み合わせが決定される。したがって、使用される蛍光染料に応じて、使用されるフィルタセット１は決定される。一般には各々蛍光色の異なるフィルタセット１が使用され、例えばＲＧＢ、ＣＭＹなど、蛍光色素に応じた色の組み合わせが適宜採用できる。ここで、フィルタセットと蛍光色素の組み合わせは、蛍光色素とその励起光、蛍光波長によって決定され、図１０に示す一覧等に基づいて蛍光観察に応じて適宜選択される。複数のフィルタセット１はフィルタ切替部１８により切り替え可能に構成されている。複数のフィルタセット１はフィルタホルダ５６にセットされ、フィルタ切替部１８により複数のフィルタセット１のいずれか一を光路上にセットさせる。フィルタ切替部１８は、モータなどの駆動により回転式あるいはスライド式にフィルタセット１を切り替えるターレットなどが利用できる。フィルタ切替部１８の制御は切替設定部２０により設定される。フィルタセット１を使用して必要な組の励起フィルタ１２、吸収フィルタ１６、ダイクロイックミラー１４を一括して切り替えることができ、切り替え動作部分を一箇所にまとめて高速動作やメンテナンスを容易にすることができる。ただ、励起フィルタ、吸収フィルタ、ダイクロイックミラーが組になったフィルタセットを使用することなく、複数の励起フィルタ、吸収フィルタ、ダイクロイックミラーをそれぞれ個別に切り替える個別の切替手段を設け、各切替手段を連動して制御することによって所定の組の励起フィルタ、吸収フィルタ、ダイクロイックミラーを光路上に配置する構成としてもよい。さらには、フィルタ類を移動させることなく、ミラーなどで光路を変更することでも実質的にフィルタ類を切り替えて撮像することが可能である。
（表示部２４）

表示部２４は、光学系１０で撮像された画像を表示するディスプレイである。表示部２４を構成するディスプレイは、高解像度表示が可能なモニタであり、ＣＲＴや液晶パネル等が利用される。表示部２４は、蛍光顕微鏡に組み込みあるいは外付けされたモニタの他、図２に示すように蛍光顕微鏡２００に接続された外部接続機器５８で表示させるようにしてもよい。例えば外部接続機器５８としてコンピュータ５８Ａを使用する場合、コンピュータ５８Ａのモニタにて表示部の機能を実現することができる。もちろん、蛍光顕微鏡２００側および外部接続機器５８側の両方で複数の表示部を利用することもできる。

次に、表示部２４の表示画面の一例を図３に示す。この図に示すように、表示部２４は複数の画像表示領域Ｇを備えており、各画像表示領域Ｇで異なる画像を表示し、複数の画像を同時に表示して対比させることができる。特に、本実施の形態においては画像表示領域Ｇの一を重ね合わせ画像表示領域Ｏとして、各フィルタセットで観察された画像を重ね合わせた重ね合わせ画像を表示することができる。これにより、各フィルタセットで観察された画像と、これらの重ね合わせ画像とを同一画面で比較することができる。特に後述するように、本実施の形態においてはほぼリアルタイムで各画像を表示できるため、様々な条件での試料の状態を容易に観察することが可能となる。図３の例では４枚の画像表示領域Ｇとし、その内の１枚を重ね合わせ画像表示領域Ｏとしている。もちろん、画像表示領域は３枚以下、あるいは５枚以上とすることもできる。好ましくは、フィルタホルダにセットされたフィルタセットの数に、重ね合わせ画像表示用を加えた数の画像表示領域とすることで、すべてのフィルタセットとこれらの重ね合わせ画像を一画面で同時に観察できる。もちろん、選択した任意の画面を拡大表示したり、拡大表示画面を各フィルタセット毎、あるいは重ね合わせ画像に切り替えて表示させることもできる。またすべての画像を同一画面で表示させる必要はなく、各画像毎に別ウィンドウで表示させることもできる。このように表示の態様は、フィルタセットの数や観察目的、ユーザの嗜好等に応じて適宜変更できる。図３の例においては、蛍光染料１〜３にそれぞれ対応した３つのフィルタセットをフィルタホルダ５６にセットし、これらを切り替えて撮像した各単色画像と、単色画像を重ね合わせた重ね合わせ画像を表示する例を示している。ここでは、画像表示領域Ｇ１に蛍光染料１に対応するフィルタセットを用いて観察された画像を、画像表示領域Ｇ２に蛍光染料２に対応する画像を、画像表示領域Ｇ３に蛍光染料３に対応する画像を、画像表示領域Ｇ４にこれらの重ね合わせ画像を表示している。いずれの画像表示領域Ｇにどの画像の表示を割り当てるかは、割付部３８によって設定できる。図４に割付部３８の一形態としてマウスのドラッグ＆ドロップで割り付けを設定する様子を示す。

図４は、蛍光顕微鏡で撮像された画像の表示形態を設定する蛍光顕微鏡画像表示プログラムのユーザインターフェース画面の一例を示している。このプログラムは、図２に示すように、蛍光顕微鏡２００と接続されたコンピュータ５８Ａにインストールされ、蛍光顕微鏡２００で撮像された画像データを受け取って表示部として機能するモニタ２４Ａで表示すると共に、設定に従って所望の画像表示を得るよう蛍光顕微鏡２００の動作を制御する。なお図２は構成の一例であって、本発明において蛍光顕微鏡システムは種々の構成が利用でき、例えば蛍光顕微鏡自体に制御部や操作部、モニタ等を設け、外部接続機器を接続することなくスタンドアロンで設定、動作を完結することもできる。あるいは一のコンピュータで複数の蛍光顕微鏡を接続して、各々連動してあるいは独立して操作することもできる。

図４の設定画面では、左上に画像表示領域Ｇが配置され、右側に現在蛍光顕微鏡にセットされているフィルタセットをアイコンで示すフィルタセット群３８Ａが配置されている。図４に示すように、画像表示領域Ｇの右側に配置されたフィルタセット群３８Ａから任意のフィルタセットアイコンを選択してマウスでドラッグし、そのまま所望の画像表示領域Ｇにドロップすることによって、フィルタセットと画像表示領域の割り付けが設定できる。このように視覚的に割付を指定することで、ユーザは容易に、しかも直感的に理解し易い設定を行える。

次に、画像表示を更新する手順を図５のフローチャート及び図６の状態遷移図に基づいて説明する。この例では３つの単色フィルタセット１Ａ〜１Ｃを切り替えて画像イメージを表示、および重ね合わせ画像を生成する。まず、必要に応じて各部の初期化を行った後、ステップＳ１でフィルタセットを準備する。ここではフィルタセット１Ａをフィルタホルダにセットする。次にステップＳ２でこのフィルタセット１を使って撮像し、ステップＳ３に進み撮像された画像で画像表示領域Ｇを更新する。ここでは、図６（ａ）に示すようにフィルタセット１Ａで撮像された画像を表示部２４の画像表示領域Ｇ１に表示する。続いてステップＳ４で重ね合わせ画像の更新を行う。ここでは初期化された状態であるため、図６（ｂ）に示すように画像表示領域Ｇ１と同じ画像が画像表示領域Ｇ４に表示される。次にステップＳ５で、次のフィルタセットに移動するか否かを判定する。例えばフィルタセットの切り替え回数をカウントしながら、所定の回数撮像を繰り返す、あるいは撮像の停止命令を受け取るといった状態になるまで、ステップＳ１に戻り上記のステップを繰り返す。フィルタセットの切替を行わない段階に至った場合は、処理を終了する。ここでは、処理が継続されたものとして、ステップＳ１に戻り次のフィルタセットであるフィルタセット１Ｂにフィルタ切替部で切り替える。そしてステップＳ２で撮像を行い、同様にステップＳ２でフィルタセット１Ｂを用いて撮像した画像を、ステップＳ３で図６（ｃ）に示すように画像表示領域Ｇ２に表示する。さらにステップＳ４で、画像表示領域Ｇ４の画像に画像表示領域Ｇ２の画像を重ね合わせた重ね合わせ画像を制御部で合成し、合成された重ね合わせ画像で画像表示領域Ｇ４の画像を更新する（図６（ｄ））。続いてステップＳ５、Ｓ１を経てフィルタセット１Ｃに切り替え、ステップＳ２〜３で撮像し、画像表示領域Ｇ３にフィルタセット１Ｃで得た画像を表示する（図６（ｅ））。さらにステップＳ４で、画像表示領域Ｇ４で表示中の画像に、画像表示領域Ｇ３の画像を重ね合わせて更新する（図６（ｆ））。なお、重ね合わせ処理および重ね合わせ画像の表示は、図６のように単色画像を表示した後に行う順序に限られず、先に重ね合わせ処理や表示を行った後に単色画像を表示する順序も採用できる。

以上のようにして、図３に示すようなフィルタセット１Ａ〜Ｃで撮像した単色画像と、これらを重ね合わせた重ね合わせ画像とが、表示部２４の同一画面上に表示される。また上記の動作は自動的に行われる。すなわち、フィルタセットの切り替えや撮像の開始、撮像した画像の更新といった一連の処理が蛍光顕微鏡側で自動的に行われるため、ユーザはフィルタの切り替え操作や表示切り替えといった特別な操作を行うことなく、極めて容易に種々の画像を得ることができる。特に従来は手動で各フィルタセットの切り替えやフィルタセット毎の撮像、得られた画像をコンピュータ上で合成するといった面倒な作業が必要であったが、上記実施の形態によればこれらの処理を大幅に省力化した使い易い操作環境が実現される。

さらに、上記の処理を繰り返すことによって、表示部２４で表示される画像をほぼリアルタイムに更新することができ、これによって従来の蛍光顕微鏡では不可能であったリアルタイムの観察が実現できる。上記のステップにおいて、図６（ｆ）の画像を得た時点で、さらにステップＳ１に戻り、フィルタセット１Ｃから再度フィルタセット１Ａに切り替えてステップＳ２〜３で新たにフィルタセット１Ａを用いた単色画像を撮像し、画像表示領域Ｇ１の画像を新たな画像で更新する。またステップＳ４で、この新たな画像と、既に撮像したフィルタセット１Ｂ、Ｃの画像とを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成し、画像表示領域Ｇ４を更新する。このとき、蛍光顕微鏡で観察中の視野を図６（ａ）の段階から変更した場合は、変更された視野で撮像した最新の画像として、表示中の画像が更新されることになる。すなわち、ユーザが視野の位置（ｘ、ｙ座標）を変更したり、フォーカスを調整したり（ｚ座標）、倍率を拡大縮小するなど、表示中の画像に対して何らかの変更を行った場合、変更後の条件において新たに撮像された画像が表示部２４に表示されることになる。したがって、ユーザが視野探しやピント調整を行っても、表示部２４で表示される画像はこれらの動作に追従して更新されるため、ユーザは表示画像に対する変更をほぼリアルタイムに確認できるという優れた特長が実現される。従来、このような多色蛍光観察におけるリアルタイム観察は高価な共焦点レーザ顕微鏡を用いたマルチスキャン像では可能であったが、安価な蛍光顕微鏡では、フィルタセットを交換して個々に撮像する必要があるため実現できなかった。本実施の形態においては、フィルタセットの自動切り替え及び切り替えに同期した撮像、重ね合わせ処理を行うことによって、ほぼリアルタイムな表示更新を実現したものである。

なお、ほぼリアルタイムとは、若干の表示遅れがあることを意味している。これは、複数のフィルタセットを順次切り替え、かつ切り替え毎に撮像と画像の重ね合わせ処理を行っているため、これらの処理を経て表示される画像がユーザの操作の時点から若干遅れて表示されるためである。時間遅れの程度は、フィルタセットの切り替えに要する機械的な処理速度や画像の生成、重ね合わせ処理等に依存する。特に、励起光の暗い試料を観察する場合は、明るい画像を得るためには撮像部２２の露光時間を長くする必要があるため、遅れが大きくなる傾向にある。
（利得調整手段）

そこで本実施の形態では、このような露光時間を短くするために、利得調整手段で信号のゲインを増幅する処理を行っている。具体的には、画像結像時に所定レベルの明るさを得るために必要な信号レベルが得られない場合、利得調整手段として機能する制御部２６が信号レベル全体を増幅する。例えば、撮像部２２を構成するＣＣＤカメラで必要な信号レベルを得るには露光時間がを２秒必要な場合に、０．５秒でフィルタセット１を切り替える場合は検出された信号を４倍する。これによって、露光時間の短い分をカバーして、短時間の切り替えでも所定のレベルの明るさを維持した画像を取得できる。ただ、利得の増幅ではノイズ成分が相対的に多くなるため、増幅レベルが大きくなると感度が悪くなる問題がある。したがって、試料や蛍光染料、観察条件に応じて露光時間を調整することにより、画像の更新速度とＳ／Ｎ比とのバランスに配慮した適切な画像表示を行うことができる。本実施の形態では、ユーザが露光時間を調整可能な露光時間調整部６０を備えている。
（露光時間調整部６０）

図４の例では、露光時間調整部６０として各フィルタセット毎に露光時間を制御するスイッチがフィルタセット表示欄６２の下行に設けられている。ユーザは、各フィルタセット１毎に予め規定される選択肢の中から露光時間を選択、あるいは直接露光時間をそれぞれ指定する。また最適な露光時間を装置側で演算させ、自動で設定することもできる。図の例では「オート」を指定することにより、自動で設定される。以上のように利得調整手段によって露光時間を短くしても一定レベルの光量を維持できる。また露光時間を短くすることで、撮影時間を短縮して描画更新のフレームレートを速くした表示が実現できる他、励起時間を短縮できるため蛍光試料へのダメージを抑制し試料を褪色から保護できる。
（速度調整部３６）

画像が描画される更新速度は、速度調整部３６で調整される。フィルタ切替部１８の制御は切替設定部２０により設定されるが、フィルタセットの切り替え動作は機械的な動作となるため、描画の更新速度を速くするにはこの切り替え時間に依存する。よって速度調整部３６によりフィルタセットの切り替え時間を調整することで、描画の更新速度も設定することができる。この場合、切替設定部２０の設定は速度調整部３６によって変更されることとなる。また、切替設定部２０と速度調整部３６とを共通としてもよい。この結果、速度調整部３６の設定に応じて、フィルタ切替部１８の切り替えのタイミングが決定される。描画の更新速度は画像の切り替え速度、すなわち一枚の画像が更新される時間であり、これを速くすると画面がスムーズに切り替わる一方で、露光時間が必然的に短くなるためＳ／Ｎ比が悪くなる傾向にある。また更新速度を遅くすると、画像の切り替わりが重くなる一方で、露光時間が長くなるためＳ／Ｎ比の良い鮮明画像が得られる傾向にある。したがって、観察の目的や対象に応じてユーザが所望の値に調整することによって、バランスの良い観察画像を得ることができる。ユーザは、画像表示領域Ｇの下部に設けられた速度調整部３６の一形態である描画更新速度設定欄３６Ａから、所望の値を数値で入力する。あるいは、ドロップダウンリストなどの手段により予め設定された選択肢から所望の値を選択することもできる。描画更新速度設定欄３６Ａで指定された時間間隔でフィルタ切替部１８が各フィルタセットを切り替え、撮像を行う。なお、各フィルタセット毎の切り替え時間は一定としているが、特定のフィルタセットのみ切り替え時間を調整することもできる。これによって、露光時間が必要なフィルタセットについては切り替え時間を長く、露光時間が短くてもよいフィルタセットについては切り替え時間を短くセットし、トータルでの描画更新時間を抑えることができる。また数値による指定に限らず、得られる表示の結果を感覚的に表現することもできる。例えば「画像を鮮明にする」、「画像の更新をスムーズにする」等の表現から選択させることで、設定の意味をよりユーザに分かり易くできる。さらにまた、描画更新速度の設定においても、装置側で最適値を設定する自動設定を可能としてもよい。
（蛍光染料とフィルタとの対応関係）

また、蛍光顕微鏡にセットしたフィルタセットの種別を画面上に表示させることもできる。図４の例では、描画更新速度設定欄３６Ａの下方に、フィルタセット表示欄６２を設けている。ここに、現在蛍光顕微鏡にセットされているフィルタセットを表す名称を入力する。この例では、励起光の一般名称でフィルタセットを表示している。なお、本実施の形態ではフィルタホルダ５６は４段階に切り替え可能で、フィルタホルダ５６にセットされた３つのフィルタセットと、フィルタセット無しで撮像する明視野観察の状態を切り替え可能としている。ここで表示されるフィルタセット名は、図４の画面右側のフィルタセット群３８Ａでの表記に使用される。また、ユーザがセットしたフィルタセット名を入力する方法の他、フィルタセット表示欄６２にドロップダウンリストなどで選択肢を設けてユーザに選択させる方法、あるいはセットされたフィルタセットの種別を蛍光顕微鏡側で検出して、自動的にフィルタセット名を表示させる方法なども採用できる。例えば、フィルタセット毎にフィルタセット名称などの情報を記録したＩＣなどのメモリを設け、これを蛍光顕微鏡側で読み取って種別を判断し、表示部２４に表示させる。また、フィルタセット名には励起光源の種類の他、励起光の波長、蛍光の波長、使用する蛍光染料の名称や励起フィルタ、吸収フィルタの型番などを使用することもできる。さらに、これらの表記を切り替えて表示することもできる。これらの情報は、ユーザが手動で入力する方式の他、フィルタセット側に持たせて蛍光顕微鏡側で読み取る、一の情報に基づいて蛍光顕微鏡側で検索して表示する等の方法が適宜採用できる。例えば、蛍光顕微鏡側のメモリに、蛍光染料の種類とこれに対応する励起光を出射可能な光源の種類、蛍光、フィルタ名等を関連付けて記録したルックアップテーブルを備え、これを参照することで一の情報から対応する関連情報を抽出する。また、関連する情報が複数ある場合は、ユーザに選択させる。例えば一の蛍光染料に対し、使用可能なフィルタが複数存在する場合、ユーザに選択肢を提示していずれを使用しているかを選択させる。
（色補正）

さらにまた、表示部２４に表示される画像について色補正を行う色補正部４２を設けることもできる。色補正とは、特定のフィルタセットで取得された信号を強調あるいは弱めることで、特定の蛍光色を強調したり他の蛍光色を弱めて表示するものであり、これによって重ね合わせ画像において注目したい部位を強調して表示させ、観察を容易にする。図４の例では、色補正部４２は露光時間調整部６０の下段に設けられる。色補正部４２で色補正ありとした蛍光色は強調して表示される。またこれ以外にも、所望の蛍光色をガンマ補正して濃淡の表示を調整したり、選択した蛍光色の減色処理など、色に関する既知の処理を色補正として適宜採用することができる。
（フィルタセット選択手段）

また、セットしたすべてのフィルタセットを切り替えて自動的に撮像するオードモード以外にも、撮像したい所望のフィルタセットを選択してこれのみで撮像するマニュアルモードを設けている。マニュアルモードの設定は、フィルタセット選択手段で行い、撮像を行うフィルタセットをユーザが指定する。あるいはフィルタセット毎に撮像のＯＮ／ＯＦＦを切り替える。例えば図４の画面から必要なフィルタセットについてのみ画像表示領域Ｇへの割付を行い、撮像しないフィルタセットについてはフィルタセット群３８Ａのウェルに放置する、または既に画像表示領域Ｇに割り付けられた状態から、フィルタセットのアイコンをフィルタセット群３８Ａのウェルに戻すといった方法で、割付部３８をフィルタセット選択手段として利用できる。あるいは既に画像表示領域Ｇ上に登録されたフィルタセットのアイコンを選択し、右クリックから削除などの処理を行うことで、自動的にマニュアルモードに移行できる。必要なフィルタセットのみで撮像を行うことにより、フィルタセットの切り替え動作や画像の重ね合わせ処理が少なくなる分、より高速に描画を行うことができる。
（画像調整部４０）

また、撮像された画像を調整する画像調整部４０を備えている。図７に、画像調整部４０を備える他の設定画面の一例を示す。図７は、本発明の他の実施の形態に係る蛍光顕微鏡画像表示プログラムのＧＵＩイメージを示す一例である。この図に示す設定画面の例においては、画像調整部４０として視野移動のための位置、高さ、倍率、明るさ、コントラスト等の画像調整パラメータを調整するためのスイッチ類を、画像表示領域Ｇの右側に設けている。またこれらの画像調整パラメータは、ユーザが調整する他、自動的に最適に設定することもできる。例えば露光時間を自動的に調整する「ワンタッチ・オート」ボタンや、焦点を自動調整する「ワンタッチ・フォーカス」ボタンなどを備える。各画像調整パラメータの調整の内、位置の調整はＸＹ方向への移動であり、表示中の画像の視点を移動できる。例えば画像表示領域Ｇの画面で任意の位置をマウスでドラッグし、所望の方向に移動させることによって位置すなわち視点を移動できる。マウスの移動量に従って、試料載置部２８はＸＹ方向に移動される。また上下左右ボタンや十字ボタンを用いて移動させることもできる。さらに現在表示中の視点が、表示可能な領域のどの部分に位置するかを表示するガイドを設けることもできる。

また高さの調整はＺ方向すなわち試料Ｗと光学系１０（対物レンズ５０）の相対距離であり、これによって画像のフォーカスが調整される。高さ指定部で高さを調整することにより、試料載置部２８を上下に移動させる。高さや倍率などの調整は、スライダやレベルメータ、スケール等を使用して連続的、視覚的に調整できる。図７の例では高さ指定部としてスライダ３２Ａを使用している。なお、いずれの場合も試料載置部２８を移動させて調整しているが、光学系１０を移動させても同様の結果が得られることはいうまでもない。

倍率の調整は、結像レンズ５２によって行われる。この例では結像レンズ５２をズームレンズとしており、一の結像レンズ５２で連続的に倍率を１０倍〜１００倍に可変することができる。あるいは、対物レンズ５０をレボルバやスライダ等により複数種類を切り替え式としたり、または対物レンズをズームレンズとしてもよい。例えば回転式のレボルバに複数種類の対物レンズを備え、これらを手動又は自動で切り替えることで倍率を変更できる。また、観察目的に応じて位相差観察用、微分干渉観察用、明視野観察、暗視野観察用等の専用対物レンズを使用することもできる。図の例においては対物レンズ５０を交換可能としており、ネジ止めなどで固定された対物レンズ５０を取り替えることで様々な用途に応じた対物レンズ５０に交換できる。
（インジケータ４４）

さらに、各画像表示領域Ｇ毎に現在の動作状態を示すインジケータ４４を表示可能としてもよい。図３の例では、各画像表示領域Ｇの左上に、その画像に関する処理の状態を示すインジケータ４４としてアイコンを表示している。このアイコンは処理の内容に応じて変化する。図３の例では、各画像表示領域Ｇの左上に、画像更新中であれば「＞」等の三角形、更新が終了して次回の更新待ちの状態であれば「｜｜」と表示している。さらに、撮像中の画面を「●」、更新作業を行っていない場合は「□」、等としてもよい。さらにまた図７の例では各画像表示領域Ｇの左下に各々インジケータ４４を表示しており、このうち図中右下に位置する重ね合わせ画像表示領域Ｏについては、重ね合わせ画像を表示していることを示すインジケータ４４として矩形枠を複数重ね合わせたマークに「オーバーレイ」とテキストを表示している。これによって、各画像表示領域Ｇにおける処理の状態をユーザは把握できる。加えて、各画像表示領域Ｇの設定や表示内容を示す設定インジケータ４４Ｂを付加してもよく、例えば図３の例では右下欄の画像表示領域Ｇについて、重ね合わせ画像表示領域Ｏに設定されたことを示すアイコンを設定インジケータ４４Ｂとして画像表示領域Ｇの右上に表示している。さらに、フィルタセット名等の表記をテキストで表示したり、蛍光色に応じて色が変化するアイコンを付加してもよい。これらのインジケータの形状や配置位置については適宜変更できることはいうまでもない。また、これらの表示のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることもできる。
（制御系６４）

次に蛍光顕微鏡の制御系６４を構成するブロック図の一例を、図８に示す。なおこの図においては光学系１０の詳細表示を省略している。この図に示すように、蛍光顕微鏡は撮像系６６として、試料Ｗを載置する試料載置部２８の一形態であるステージ２８Ａと、ステージ２８Ａを移動させるステージ昇降器３０Ａと、励起光源４８（図８に図示せず）からステージ２８Ａ上に載置された試料Ｗに対して照射された励起光により蛍光染料を励起し、蛍光を撮像部２２上に結像させる光学系１０と、撮像部２２の一形態として、ステージ２８Ａに固定された試料Ｗから光学系１０を介して入射される蛍光を２次元状に配置された画素毎に電気的に読み取るＣＣＤ２２Ａと、ＣＣＤ２２Ａを駆動制御するＣＣＤ制御回路２２Ｂとを備える。ステージ昇降器３０Ａは、高さ調整部３０の一形態であり、例えばステッピングモータ３０ａと、ステッピングモータ３０ａの昇降を制御するモータ制御部３０ｂで構成される。ステッピングモータ３０ａは、光軸方向のＺ軸方向、および光軸方向と垂直な面内であるＸＹ方向にステージ２８Ａを移動させる。

また、これらの撮像系６６を制御する制御系６４として、撮像系６６とデータ等の電気信号を通信などの手段によりやりとりするためのインターフェイス部６８と、撮像部２２によって電気的に読み取られた画像データを保持するためのメモリ部３４と、撮像、合成された画像や各種設定等を表示するための表示部２４と、表示部２４上に表示される画面に基づいて入力、設定その他の操作を行うための操作部７０と、操作部７０で設定された条件に従い撮像系６６を制御して撮像を行うと共に、取得された画像データを合成して立体画像を生成、あるいは画像処理その他の各種処理を行う制御部２６とを備える。以上の撮像系６６と制御系６４は、蛍光顕微鏡に含めることで蛍光顕微鏡装置のみで動作を完結させることもできるし、図２に示すように、コンピュータ５８Ａなどの外部接続機器５８を蛍光顕微鏡２００に接続し、蛍光顕微鏡２００で撮像系を、外部接続機器５８で制御系を機能させることもできる。また撮像系と制御系は構成部材を厳密に区別するものでなく、例えばメモリ部を撮像系に持たせたり、逆にＣＣＤ制御回路やモータ制御部を制御系に持たせてもよい。

操作部７０は蛍光顕微鏡システムを構成する蛍光顕微鏡もしくはコンピュータと有線もしくは無線で接続され、あるいはコンピュータに固定されている。一般的な操作部としては、例えばマウスやキーボード、スライドパッド、トラックポイント、タブレット、ジョイスティック、コンソール、ジョグダイヤル、デジタイザ、ライトペン、テンキー、タッチパッド、アキュポイント等の各種ポインティングデバイスが挙げられる。またこれらの操作部は、蛍光顕微鏡画像表示プログラムの操作の他、蛍光顕微鏡やその周辺機器の操作にも利用できる。さらに、インターフェース画面を表示するディスプレイ自体にタッチスクリーンやタッチパネルを利用して、画面上をユーザが手で直接触れることにより入力や操作を可能としたり、または音声入力その他の既存の入力手段を利用、あるいはこれらを併用することもできる。図８の例では、操作部７０はマウスを備える（図２参照）。マウスによって、高さ指定部３２であるスライダ３２Ａを操作したり、画像に対して合焦点位置合わせ等の各種操作を行える。このように表示部２４で画像と共に操作メニューや設定などを表示させ、イメージ上で操作項目を選択したり操作を行うことによりユーザは操作内容や状態などを正確に把握でき、操作ミスも防止でき、また感覚的で操作しやすい操作体系が実現される。
（スタック機能）

さらに、蛍光顕微鏡で光軸方向に移動させながら、すなわち高さを変化させながら複数の画像を撮像し、これらの画像を合成することで３次元情報を含む立体画像（スタック画像）を取得することもできる。スタック画像は光軸方向の奥行きを持っており、試料Ｗの表面状態を観察可能である。特に多色蛍光観察においては蛍光染料の発現箇所等を立体的に深度深く観察することが可能となる。図７に、このような高さ方向の情報を持つ立体画像を取得する画面の例を示す。この図に示すように、ユーザは観察したい画像の位置（視野）を決定した後、高さ指定部３２で指定された移動範囲および移動幅を指定する。移動幅を細かく設定すると、詳細なスタック画像が合成できる一方、スタック画像が得られるまでの処理時間が長くなる。また移動幅を粗く設定すると、短時間でスタック画像が合成できる一方、スタック画像も粗くなる。したがって、ユーザは目的や要求に応じて最適な条件を設定する。図５の高さ指定部３２は高さの指定を連続的に行えるスライダ３２Ａで構成されており、これによってユーザは視覚的に高さを容易に指定できる。移動範囲はスライダ３２Ａを用いて、上限高さ及び下限高さで指定され、さらに高さ方向の移動ピッチを示す移動間隔を指定する。例えばマウスなどで移動範囲の上限高さまでスライダ３２Ａを移動させてクリックすると、上限高さが決定される。同様にして下限高さを決定し、さらに移動幅を指定する。これらの値は数値で直接入力するよう構成してもよい。またスライダ３２Ａを調整すると、これに応じて画像表示領域Ｇに表示される画像も当該高さに設定されるので、ユーザはピントの具合を確認しながら上限高さや下限高さを指定することができる。あるいは上限、下限高さを指定する他、上下方向の撮像の中心位置を指定したり、取得する画像の枚数を指定する方法も採用できる。このようにして高さの条件を決定した後、スタック開始ボタンを押下すると、設定された移動幅で高さ方向に移動させながら撮像を開始し、各高さ毎に撮像された画像をメモリ部３４に保持する。そして撮像が終了するとこれらの画像データに基づいて、高さの情報を持つ立体画像を合成する。この立体画像は奥行きのある画像として立体的に表示させたり、回転させるなど画像の視点を変化させることもできる。これによって蛍光染料の位置を平面的でなく立体的に観察し、また試料の表面状態を把握することも可能となる。

本発明の蛍光顕微鏡、蛍光顕微鏡装置を使用した表示方法、蛍光顕微鏡画像表示プログラム及びコンピュータで読み取り可能な記録媒体並びに記憶した機器は、例えば患者の血清と細胞核とを反応させ、蛍光標識を加えて蛍光顕微鏡で坑核坑体を観察し、坑核坑体の蛍光により陽性、陰性を判定する蛍光抗体検査等に利用可能である。

本発明の一実施の形態に係る蛍光顕微鏡を示すブロック図である。 本発明の他の実施の形態に係る蛍光顕微鏡システムを示すブロック図である。 表示部の表示画面の一例を示すイメージ図である。 本発明の一実施の形態に係る蛍光顕微鏡画像表示プログラムの設定画面の一例を示すイメージ図である。 画像表示を更新する手順を示すフローチャートである。 画像表示を更新する手順を示す状態遷移図である。 本発明の他の実施の形態に係る蛍光顕微鏡画像表示プログラムの他の設定画面の一例を示すイメージ図である。 本発明の他の実施の形態に係る蛍光顕微鏡の制御系を示すブロック図である。 従来の落射蛍光顕微鏡を示すブロック図である。 代表的な蛍光色素とその励起光、蛍光波長を示す一覧図である。

１００、２００…蛍光顕微鏡
１、１Ａ〜１Ｃ…フィルタセット
９…接眼レンズ
１０…光学系
１２…励起フィルタ
１４…ダイクロイックミラー
１６…吸収フィルタ
１８…フィルタ切替部
２０…切替設定部
２２…撮像部；２２Ａ…ＣＣＤ；２２Ｂ…ＣＣＤ制御回路
２４…表示部；２４Ａ…モニタ
２６…制御部
２８…試料載置部；２８Ａ…ステージ
３０…高さ調整部；３０Ａ…ステージ昇降器
３０ａ…ステッピングモータ；３０ｂ…モータ制御部
３２…高さ指定部；３２Ａ…スライダ
３４…メモリ部
３６…速度調整部；３６Ａ…描画更新速度設定欄
３８…割付部；３８Ａ…フィルタセット群
４０…画像調整部
４２…色補正部
４４…インジケータ；４４Ｂ…設定インジケータ
４６…暗室空間
４８…励起光源
５０…対物レンズ
５２…結像レンズ
５４…コレクタレンズ
５６…フィルタホルダ
５８…外部接続機器；５８Ａ…コンピュータ
６０…露光時間調整部
６２…フィルタセット表示欄
６４…制御系
６６…撮像系
６８…インターフェイス部
７０…操作部
９１２…励起フィルタ
９１４…ダイクロイックミラー
９１６…吸収フィルタ
９５０…対物レンズ
Ｗ…試料；Ｇ、Ｇ１〜Ｇ４…画像表示領域；Ｏ…重ね合わせ画像表示領域

Claims (17)

1. 光学系(10)を構成する光学部材として、所定の励起フィルタ(12)、ダイクロイックミラー(14)および吸収フィルタ(16)の組み合わせを含む複数種類のフィルタセット(1)と、
   前記フィルタセット(1)を所定のタイミングで順次切替可能なフィルタ切替部(18)と、
   前記フィルタ切替部(18)でフィルタセット(1)を切り替えるタイミングを設定する切替設定部(20)と、
   前記フィルタ切替部(18)で光学系(10)の光路に順次セットされたフィルタセット(1)を用いて観察対象の試料(W)の画像イメージを撮像可能な撮像部(22)と、
   前記撮像部(22)で撮像した画像イメージを表示する画像表示領域(G)を複数有する表示部(24)と、
   前記撮像部(22)で撮像した画像イメージを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成する制御部(26)と、
   複数のフィルタセット(1)の内、前記表示部(24)の各画像表示領域(G)で表示させたい画像イメージのフィルタセット(1)を選択するフィルタセット選択手段と、
   を備える蛍光顕微鏡であって、
   一の画像表示領域(G)で、いずれかのフィルタセット(1)で撮像された画像を表示可能に構成してなると共に、重ね合わせ画像表示領域(O)で、他のフィルタセット(1)で各々撮像された画像同士を重ね合わせた重ね合わせ画像を表示可能に構成してなり、
   各画像表示領域(G)および重ね合わせ画像表示領域(O)で表示される画像イメージを逐次更新し、各フィルタセット(1)の単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで同時に観察可能に構成してなり、
   前記フィルタセット選択手段は、ユーザによるフィルタセットの選択を可能にしており、
   前記フィルタ切替部(18)は、前記フィルタセット選択手段で選択されたフィルタセットに順次切り替え可能であり、
   前記切替設定部(20)で設定されたタイミングで前記フィルタ切替部(18)がフィルタセット(1)を切り替えるタイミングに連動して、前記撮像部(22)が各フィルタセット(1)毎に撮像し、撮像した各単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像イメージが、画像表示領域(G;O)において自動的に更新されて表示されることを特徴とする蛍光顕微鏡。
2. 請求項１に記載の蛍光顕微鏡であって、さらに、
   試料(W)を載置する試料載置部(28)と、
   前記試料載置部(28)と光学系(10)との光軸方向の距離を変更可能な高さ調整部(30)と、
   前記高さ調整部(30)が距離を変更する際の条件として、移動範囲及び移動幅を設定するための高さ指定部(32)と、
   光軸方向の所定の位置毎に撮像部(22)で撮像された画像イメージを位置情報と共に保持するメモリ部(34)と、
   前記メモリ部(34)で保持された複数の画像イメージを位置情報に基づいて合成し、３次元情報を含むスタック画像を生成する制御部(26)と、
   を備え、
   前記高さ指定部(32)で指定された条件に従い、前記高さ調整部(30)で前記試料載置部(28)と光学系(10)との光軸方向の距離を変更しながら、各位置において前記撮像部(22)で画像イメージを撮像し、撮像された画像イメージに基づいて前記制御部(26)で合成されたスタック画像を前記表示部(24)に表示可能に構成してなることを特徴とする蛍光顕微鏡。
3. 請求項２に記載の蛍光顕微鏡であって、さらに、
   各フィルタセット(1)に応じて前記撮像部(22)で撮像される画像イメージの明度が所定値以上となるよう、検出された試料(W)の蛍光光量を電気的に調整する利得調整手段を備えることを特徴とする蛍光顕微鏡。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、さらに、
   前記表示部(24)で表示される画像イメージの更新速度を調整するための速度調整部(36)を備えてなることを特徴とする蛍光顕微鏡。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、さらに、
   所定のフィルタセット(1)を用いて撮像された画像イメージを表示する領域を所望の画像表示領域(G)に割り付けるための割付部(38)を備えることを特徴とする蛍光顕微鏡。
6. 請求項１から５のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、さらに、
   前記表示部(24)に表示される画像を調整するために、視野移動のための位置、高さ、倍率の少なくともいずれかの画像調整パラメータを調整可能な画像調整部(40)を備えることを特徴とする蛍光顕微鏡。
7. 請求項１から６のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、複数のフィルタセット(1)が、それぞれ試料(W)に導入される複数種類の蛍光染料の蛍光色のいずれかに応じた単色のフィルタセット(1)であることを特徴とする蛍光顕微鏡。
8. 請求項１から７のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、さらに、
   特定のフィルタセット(1)で取得された信号の強度を調整可能な色補正部(42)を備えることを特徴とする蛍光顕微鏡。
9. 請求項１から８いずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、各画像表示領域(G)毎に現在の動作状態を示すインジケータ(44)を表示可能に構成してなることを特徴とする蛍光顕微鏡。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、前記試料載置部(28)および光学系(10)の光路が外乱光から遮断された暗室空間(46)内に配置されることを特徴とする蛍光顕微鏡。
11. 請求項１から１０のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、前記撮像部(22)が２次元状に配列された受光素子で構成されてなることを特徴とする蛍光顕微鏡。
12. 請求項１から１１のいずれか一に記載の蛍光顕微鏡であって、試料(W)に含まれる蛍光体を励起する励起光源(48)が紫外線発光ダイオードで構成されてなることを特徴とする蛍光顕微鏡。
13. 異なる蛍光色を持つ複数の蛍光染料を試料(W)に導入し、励起光で励起して蛍光色を観察する多色蛍光観察を行う蛍光顕微鏡装置を用いた観察方法であって、
    光学系(10)を構成する光学部材として蛍光染料に応じた励起フィルタ(12)、ダイクロイックミラー(14)および吸収フィルタ(16)の組み合わせを含む複数の異なる種類のフィルタセット(1)の中から第一フィルタセット(1)を選択し、この第一フィルタセット(1)を使用して撮像部(22)で撮像して取得された第一画像イメージを表示部(24)の複数の画像表示領域(G)の内、予め指定された所定の画像表示領域(G)に表示するステップと、
    第一フィルタセット(1)をフィルタ切替部(18)で第二フィルタセット(1)に切り替えて第二画像イメージの撮像を行い、同様に第二画像イメージを予め指定された他の画像表示領域(G)に表示すると共に、前記第一画像イメージと第二画像イメージとを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成して、予め指定された重ね合わせ画像表示領域(O)に表示するステップと、
    を有し、
    前記フィルタセット選択手段で選択された第一及び第二フィルタセットとを、所定のタイミングで、前記フィルタ切替部(18)が順次切り替えを行い、前記所定のタイミングに連動して、前記撮像部(22)が第一及び第二フィルタセット(1)で撮像し、上記第一イメージ及び第二イメージを順次撮像することで、各画像表示領域(G)および重ね合わせ画像表示領域(O)で表示される画像イメージを逐次更新し、各フィルタセット(1)の単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで同時に観察可能としたことを特徴とする蛍光顕微鏡を用いた観察方法。
14. 請求項１３に記載の蛍光顕微鏡を用いた観察方法であって、さらに、
    観察対象の視野を決定し、かつ試料(W)を載置する試料載置部(28)と光学系(10)との光軸方向の距離を変化させる移動範囲及び移動幅を設定するステップと、
    前記設定にしたがって移動幅毎に光軸方向の距離を変更するステップと、
    この重ね合わせ画像を光軸方向の位置情報と共にメモリ部(34)に保持するステップと、
    を有することを特徴とする蛍光顕微鏡を用いた観察方法。
15. 異なる蛍光色を持つ複数の蛍光染料を試料(W)に導入し、励起光で励起して蛍光色を観察する多色蛍光観察を行う蛍光顕微鏡装置を操作して画像を表示させる蛍光顕微鏡画像表示プログラムであって、コンピュータまたは蛍光顕微鏡装置に、
    光学系(10)を構成する光学部材として蛍光染料に応じた励起フィルタ(12)、ダイクロイックミラー(14)および吸収フィルタ(16)の組み合わせを含む複数の異なる種類のフィルタセット(1)の中から第一フィルタセット(1)を選択し、この第一フィルタセット(1)を使用して撮像部(22)で撮像して取得された第一画像イメージを表示部(24)の複数の画像表示領域(G)の内、予め指定された所定の画像表示領域(G)に表示する機能と、
    第一フィルタセット(1)をフィルタ切替部(18)で第二フィルタセット(1)に切り替えて第二画像イメージの撮像を行い、同様に第二画像イメージを予め指定された他の画像表示領域(G)に表示すると共に、前記第一画像イメージと第二画像イメージとを重ね合わせた重ね合わせ画像を生成して、予め指定された重ね合わせ画像表示領域(O)に表示する機能と、
    を実行させ、
    前記フィルタセット選択手段で選択された第一及び第二フィルタセットとを、所定のタイミングで、前記フィルタ切替部(18)が順次切り替えを行い、前記所定のタイミングに連動して、前記撮像部(22)が第一及び第二フィルタセット(1)で撮像し、上記第一イメージ及び第二イメージを順次撮像することで、各画像表示領域(G)および重ね合わせ画像表示領域(O)で表示される画像イメージを逐次更新し、各フィルタセット(1)の単色画像とこれらを重ね合わせた重ね合わせ画像をほぼリアルタイムで同時に観察可能としたことを特徴とする蛍光顕微鏡画像表示プログラム。
16. 請求項１５に記載の蛍光顕微鏡画像表示プログラムであって、さらに、
    観察対象の視野を決定し、かつ試料(W)を載置する試料載置部(28)と光学系(10)との光軸方向の距離を変化させる移動範囲及び移動幅を設定する機能と、
    前記設定にしたがって移動幅毎に光軸方向の距離を変更する機能と、
    この重ね合わせ画像を光軸方向の位置情報と共にメモリ部(34)に保持する機能と、
    をコンピュータまたは蛍光顕微鏡装置に実行させることを特徴とする蛍光顕微鏡画像表示プログラム。
17. 請求項１５又は１６に記載の蛍光顕微鏡画像表示プログラムを記録したコンピュータで読み取り可能な記録媒体または記憶した機器。