专利名称：镜台控制装置、镜台控制方法、镜台控制程序和显微镜的制作方法
技术领域：
本发明涉及例如镜台控制装置、镜台控制方法、镜台控制程序和显微镜，并且适于 观察组织切片。
背景技术：
在病理检查中，将组织切片固定于载玻片，对其进行染色处理和封装处理，并制备 出标本。一般来说，当长期保存标本时，由于活体样本劣化、褪色等，标本在显微镜下的可视 性变差。此外，可能在除了诸如制备标本的医院以外的设施内对标本进行镜检，并且通常通 过邮递对标本进行发送和接收，这需要一定时间。考虑到这样的实际情况等，提出了一种将活体样本保存为图像数据的装置(参见 日本专利公开第2009-175334)。该装置使用根据拾取图像对比度来聚焦活体样本的聚焦技 术。
发明内容
活体样本具有厚度。当要拾取活体样本在厚度方向(深度方向)上的整个区域的 像时，拾取图像的次数取决于物镜的景深。例如，当标本中的活体样本的厚度为100 [ μ m]，物镜的景深是1 [ μ m]时，需要获 取至少100幅拾取图像。拾取图像的数量随着景深的增加而减小。然而，由于拾取图像的�：潭仍黾硬� 从而导致质量下降，所以这是不期望的。已经鉴于上述各点作出了本发明。期望提出能够提高样本像的获取效率而不改变 景深的镜台控制装置、镜台控制方法、镜台控制程序和显微镜。根据本发明的实施方式，提供一种镜台控制装置，包括获取装置，用于获取作为 拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；距离计算装置，用于计算 在一组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中的相关像素之间的距离；倾斜角度 计算装置，用于利用通过距离计算装置所计算的距离来计算样本的倾斜角度；以及调整装 置，用于根据样本的倾斜角度调整放置样本的镜台表面的倾斜角度，从而使拍摄图像的视 角中的倾斜最小。此外，根据本发明的实施方式，提供一种镜台控制方法，包括获取作为拍摄对象 的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；计算在一组像中设置为基准的一个 像的每个像素与其他像中的相关像素之间的距离；利用在距离计算步骤中所计算的距离来 计算样本的倾斜角度；以及调整步骤，根据样本的倾斜角度调整放置样本的镜台表面的倾 斜角度，从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小。此外，根据本发明的实施方式，提供一种用于使计算机执行下列步骤的镜台控制 程序获取作为拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；计算在一 组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中的相关像素之间的距离；利用所计算的距离计算样本的倾斜角度；以及根据样本的倾斜角度调整放置样本的镜台表面的倾斜角 度，从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小。此外，根据本发明的实施方式，提供一种显微镜，包括镜台，具有用于放置样本的 表面，镜台能够在平行于表面的方向上和正交于表面的方向上移动，并且镜台能够改变表 面的倾斜角度；物镜，用于形成放置在表面上的样本部位的像；光学系统，用于使用在物镜 中形成的像来形成作为不同视点的一组像；距离计算装置，用于计算在通过光学系统形成 的一组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中的相关像素之间的距离；倾斜角度 计算装置，用于使用通过距离计算装置所计算的距离来计算样本的倾斜角度；以及调整装 置，用于根据样本的倾斜角度调整放置样本的镜台表面的倾斜角度，从而使拍摄图像的视 角中的倾斜最小。即使标本处于倾斜状态或者样本固定在其上的标本自身处于倾斜状态，本发明的 实施方式仍能够将作为拍摄对象的标本组的厚度方向(深度方向)上的拍摄次数保持在基 本相同的水平。因此，与拍摄处于倾斜状态的标本的情况相比，本发明的实施方式能够大幅降低 拍摄次数。此外，与利用处于倾斜状态的标本搜索聚焦位置的情况相比，本发明的实施方式 能够大幅降低用于搜索聚焦位置的处理的负荷。因此，能够提高样本像的获取效率而不改变景深的镜台控制装置、镜台控制方法、 镜台控制程序和显微镜均得以实现。
图1是示出显微镜构造的示意图；图2是示出组织切片的被摄物像和相差像的照片；图3是示出标本镜台的驱动构造的示意图；图4A和图4B是示出标本放置面倾斜状态的示意图；图5是示出镜台控制部的功能构造的示意图；图6是示出组织切片的凹凸状态的示意图；图7是示出一个像的每个像素相对于相差像的另一个像的视差的示意图；图8是辅助说明最逼近X-Z方向上的每个像素的视差(凹凸分布)的直线的示意 图；图9A和图9B是辅助说明在标本放置面的长边方向和短边方向上倾斜的调整的示 意图；图10是倾斜角度调整处理顺序的流程图；图IlA和图IlB是辅助说明相差像的获取部位的限定的示意图；图12是辅助说明相差像的获取部位的限定的示意图；图13是辅助说明涉及用于确定是否调整倾斜角度的条件的参数(1)的示意图；图14是辅助说明涉及用于确定是否调整倾斜角度的条件的参数O)的示意具体实施例方式下面将说明实施本发明的模式。顺便提及，将按如下顺序进行说明。
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<1.实施方式〉[1-1.显微镜的构造][1-2.标本镜台的驱动构造][1-3.台驱动控制部的功能构造][1-4.倾斜角度调整处理顺序][1-5.效果等]<2.其它实施方式><1.实施方式〉[1-1.显微镜的构造]图1示出了根据本发明实施方式的显微镜1的构造。显微镜1具有可将标本PRT 放置在其上的镜台11 (在下文中也将该镜台称为标本镜台)。标本PRT是通过预定的固定方法将诸如血液等的结缔组织、上皮组织、或这两种 组织等的组织的切片固定在载玻片SG上来制备的。根据需要对组织切片进行染色。染色 不仅包括以HE(苏木精和曙红)染色、姬姆萨(Giemsa)染色、巴氏(Papanicolaou)染色等 为代表的称为一般染色的染色，还包括诸如FISH(荧光原位杂交)、酶标抗体技术等的称为 特殊染色的染色。光源12设置在标本镜台11的与放置标本PRT的表面(该表面也称为标本放置 面)相对的表面侧。光源12可以选择并照射用于照射已进行过一般染色的组织切片的光 (该光在下文中也称为明视野照明光)或者选择并照射用于照射已进行过特殊染色的组织 切片的光(该光在下文中也称为暗视野照明光)。然而，可以应用能够照射明视野照明光或 者暗视野照明光的光源12。在标本镜台11和光源12之间设置具有将标本放置面上的基准位置的法线作为光 轴的会聚透镜13。具有将标本放置面上的基准位置的法线作为光轴的物镜14设置在标本镜台11的 标本放置面的一侧。由透镜选择机构通过电动操作或者手动操作从多个不同放大率的物镜 中选择物镜14。半反射镜15设置在物镜14的后方。半反射镜15将来自物镜14的入射光分为透 过光和反射光。图像拾取元件16设置在半反射镜15的透过侧的后方，其中图像拾取元件 16将物镜14的被摄物像形成于其上的表面作为图像拾取面。另一方面，将场镜17设置在半反射镜15的反射侧的后方。场镜17将物镜14的 被摄物像(该像投影在半反射镜15的反射侧上)传递(relay)至后方(预定的成像面)。 场镜17对由半反射镜15反射的被摄物光进行会聚，从而抑制了视野周边的亮度下降。将光阑掩模18设置在场镜17的后方。光阑掩模18具有在正交于场镜17光轴的 表面上、以场镜17的光轴为分界线的对称位置处的一对开口 18A和18B。光阑掩模18通过 开口 18A和18B来分割从场镜17入射的被摄物光通量。所分割的光通量在被摄物光通量 的成像面处彼此交叉，并且成像面前方的光通量之间的位置关系和成像面后方的光通量之 间的位置关系互换。分离透镜19A和19B分别设置在该对开口 18A和18B的后方。分离透镜19A和19B 对由相应开口 18A和18B所分割的分割光通量进行倾斜成像(偏移)，从而在由场镜17传递的预定的成像面上形成两幅不同视点的被摄物像(该像在下文中还称为相差像)。顺便提及，当分离透镜19A和19B受到场镜17的渐晕(阴影)的影响时，损耗掉 分割光通量的一部分。因此靠近场镜17的中心侧来设置分离透镜19A和19B，以便免受渐 晕的影响。此外，将分离透镜19A和19B的景深设置为比物镜14的景深宽。通过设置用于 改变光阑掩模18中的开口 18A和18B的大小的开口调整部的处理来设置分离透镜19A和 19B的景深。将图像拾取元件20设置在分离透镜19A和19B的后方。该摄像元件20不是线传 感器(line sensor)而是面传感器(area sensor) 0即，图像拾取元件20设置为将物镜14 中出现的被摄物的相差像形成于其上的表面作为图像拾取面。将台驱动控制部31、照明控制部32、图像拾取控制部33和34设置为显微镜1中 的控制系统。这些控制部是包括CPU(中央处理单元)、R0M(只读存储器)、作为CPU的工 作存储器的RAM(随机存取存储器)、运算电路等的计算机。台驱动控制部31在平行于标本放置面的方向上移动(扫描)标本镜台11，从而将 标本PRT的组织切片TS分配给通过会聚透镜13对光进行会聚的会聚光部分。台驱动控制部31还在正交于标本放置面的方向(即，组织切片的厚度方向)上移 动标本镜台11，从而物镜14聚焦在分配给会聚光部分的组织切片部位上。照明控制部32在光源12中设置对应于获取明视野像的模式(该模式在下文中也 称为明视野模式)或者获取暗视野像的模式(该模式在下文中也称为暗视野模式)的参 数，并使得从光源12照射照明光。例如，该参数是照明光的强度和光源种类的选择。顺便提及，在明视野模式中的照明光通常是可见光。另一方面，暗视野模式中的照 明光是包括用于激发特殊染色中所使用的荧光标记的波长的光。此外，在暗视野模式中去 除相对于荧光标记的背景部分。当从光源12照射照明光时，由会聚透镜13将照明光会聚至标本镜台11上的标本 放置面的基准位置上。将(由会聚透镜13将光会聚到标本PRT的组织切片TS中的)会聚 光部分的像放大并形成在物镜14的成像面上，并将放大像在图像拾取元件16的图像拾取 面上形成为被摄物像。此外，通过分离透镜19A和19B在图像拾取元件20的图像拾取面上 将由半反射镜15反射的被摄物像形成为相差像。图2示出了在图像拾取元件16上形成的被摄物像和在图像拾取元件20上形成的 相差像的图片。在物镜14中出现的被摄物像形成在图像拾取元件16的图像拾取面上，并 同时通过分离透镜19A和19B在图像拾取元件20的图像拾取面上形成为相差像。图像拾取控制部33在图像拾取元件16中设置对应于明视野模式或者暗视野模式 的参数，并获取在图像拾取元件16的图像拾取面上形成的被摄物像的数据。例如，该参数 是曝光开始时间和曝光结束时间。图像拾取控制部34在图像拾取元件20中设置对应于明视野模式或者暗视野模式 的参数，并获取在图像拾取元件20的图像拾取面上形成的相差像的数据。例如，该参数是 曝光开始时间和曝光结束时间。台驱动控制部31、照明控制部32、图像拾取控制部33和34经由数据通信信道与 作为比控制部31 34级别高的控制系统的用于执行对整个显微镜1进行总体控制的控制 部30 (该控制部30在下文中也称为总体控制部)相连接。
该总体控制部30是包括CPU、ROM、RAM、运算电路、接口等的计算机。接口可拆卸 地与诸如操作输入部、显示部、存储介质等的外围装置相连接。总体控制部30等待开始命令以开始明视野模式或者暗视野模式。当接收到开始 命令时，总体控制部30将模式中对应于开始命令的开始控制指令发布至台驱动控制部31、 照明控制部32、图像拾取控制部33和图像拾取控制部34。然后，每当分配给(由会聚透镜13对光进行会聚的)会聚光部分的放置在标本 PRT中的组织切片部位改变时，总体控制部30获取组织切片TS部位中的放大像的数据，该 数据从图像拾取元件16输出，并将该数据保存在存储介质中。此外，总体控制部30等待显示命令。当接收到显示命令时，总体控制部30从存储 介质读取对应于显示命令所指定的放大像的数据，并将该数据供应至发送显示命令的源。因此，显微镜1在镜检状态下将标本PRT中的组织切片TS保存为图像，从而与保 存标本PRT本身相比，能够长期保存组织切片TS上的信息并不会出现固定、染色等状态的 劣化。[1-2.标本镜台的驱动构造]显微镜1中的标本镜台11被配置为能够在与平行于标本放置面的方向正交的方 向上移动并能够改变标本放置面的倾斜角度。图3示出了标本镜台11的驱动构造。图3中所示的标本镜台11由设置在与标本 放置面相对的面(背面)上的棒状支撑构件51、52和53在三个点上进行支撑。支撑构件51的一端与位置POl点接触，位置POl在标本镜台11的背面的对角线 上并在设置为基准的角的附近。支撑构件51的另一端固定于作为支撑底座的平台54(该 平台在下文中也称为底座台)。支撑构件52的一端与位置P02点接触，位置P02位于标本镜台11背面的对角线 与(穿过和支撑构件51的一端相接触的点并平行于标本镜台11长边的)虚构线的相交处。 支撑构件52的另一端耦合至机构55，机构55 (该机构在下文中称为支撑构件伸缩机构)根 据随着作为驱动源的致动器ATl而旋转的轴的旋转方向，在正交于标本放置面的方向上伸 缩支撑构件52。支撑构件53的一端与位置P03点接触，位置P03位于标本镜台11背面的对角线 与(穿过和支撑构件51的一端相接触的点并平行于标本镜台11短边的)虚构线的相交处。 支撑构件53的另一端耦合至机构(支撑构件伸缩机构)56，机构56根据随着作为驱动源的 致动器AT2而旋转的轴的旋转方向，在正交于标本放置面的方向上伸缩支撑构件53。将支撑构件52和53在标本放置面处于水平状态时的长度(以最短距离连接一端 至另一端的直线长度)设置为支撑构件伸缩机构阳和56中的初始长度。此外，本实施方式利用耦合至标本镜台11和底座台M的弹簧57A、57B、57C作为 施加在使标本镜台11和底座台M相互靠近的方向上作用的力的力施加机构。如图4A所示，当以初始长度作为基准来伸缩支撑构件52时，标本放置面以支撑构 件51和53为支点向短边方向(Y方向)侧倾斜。随着通过支撑构件伸缩机构55来进行伸 缩的支撑构件52的长度越来越偏离初始长度，倾斜角度增加。如图4B所示，当以初始长度作为基准来伸缩支撑构件53时，标本放置面以支撑构 件51和52为支点向长边方向(X方向)侧倾斜。随着通过支撑构件伸缩机构56来进行伸
8缩的支撑构件53的长度越来越偏离初始长度，倾斜角度增加。顺便提及，在如图4A和图4B 所示的倾斜状态中，支撑构件52缩短了(以初始长度作为基准)。因此，图3中所示的标本镜台11可以改变标本放置面的倾斜角度。在本实施方式中，在与支撑构件52的一端点接触的位置P02处，形成用于在短边 方向(Y方向)上引导相应接触端的沟槽(groove)，并在与支撑构件53的一端点接触的位 置P03处，形成用于在长边方向(X方向)上引导相应接触端的沟槽。因此，防止了支撑构件51、52、53的支撑位置相对于标本镜台11而移动。结果，可 以稳定而精确地调整标本放置面的倾斜角度。另一方面，底座台移动机构58耦合至底座台M的预定位置。底座台移动机构58 在水平面内具有相互正交的χ轴和Y轴，以及与水平面存在法线关系的ζ轴。底座台移动 机构58根据轴的旋转方向分别在平行于标本放置面的方向(X方向和Y方向)以及正交于 标本放置面的方向(Z方向)上移动底座台M。因此，标本镜台11在与底座台移动机构58移动的底座台M的移动方向相同的方 向上经由支撑构件51、52、53而移动。因此，图3所示的标本镜台11可在平行于标本放置面的方向以及正交于标本放置 面的方向上移动。顺便提及，在图3所示的标本镜台11的标本放置面上设置用于将标本PRT保持在 适当位置(in place)的保持部59，并在标本镜台11中设置用于将从光源12照射的光引导 至保持部59所保持的标本PRT的孔。光源12和会聚透镜13(图1)相对于图3所示的标本镜台11的配置模式属于设 计事项，并且可选择各种模式。例如，存在将光源12和会聚透镜13都设置在标本镜台11 和底座台M之间或者设置底座台M下方的模式。然而，当将光源12设置在底座台M下 方时，底座台M需要具有用于引导从光源12照射光的孔。作为另一个实例，存在将反射镜设置在标本镜台11和底座台M之间、并将光源12 和会聚透镜13设置在两个台之间以外其它空间中的模式。在该模式中，经由反射镜从底座 台讨侧面向标本PRT引导从光源12照射的光。[1-3.台驱动控制部的功能构造]接下来，图5示出了用于控制支撑构件伸缩机构55和56和底座台移动机构58的 台驱动控制部31 (图1)的功能构造。如图5所示，台驱动控制部31具有根据倾斜角度调 整处理程序的底座台控制部61、相差像获取部62、视差计算部63、切片倾斜角度计算部64、 镜台倾斜角度调整部65的功能。底座台控制部61通过控制底座台移动机构58在X方向或Y方向上适当地移动底 座台M，从而将标本PRT或者标本上的组织切片TS分配给(由会聚透镜13对光进行会聚 的)会聚光部分。每当分配给(由会聚透镜13对光进行会聚的)会聚光部分的标本上的组织切片 TS部位改变时，相差像获取部62从摄像元件20获取对应于切片部位的相差像的数据。视差计算部63计算相差像中被设置为标准的一个像(该像在下文中也称为标准 像)的每个像素与另一个像(该像在下文中也称为参照像)的相关像素之间的距离(该距 离在下文中也称为视差)。
具体地，依次选择标准像中的每个像素作为作为关注对象的像素(该像素在下文 中也称为关注像素)。然后，每当选择关注像素时，从参照像中检测与关注像素相关的像素， 并计算该像素和关注像素之间的视差(距离)。顺便提及，作为检测相关像素的方法，例如，应用如下方法，其中，通过归一化相关 法(normalized correlation method)从参照像中检测具有与以关注像素为中心的m像 素Xn像素的块的像素值最高相似程度的块，并将检测到的块的中心设置为相关像素。视差越小，物镜14的焦点定位得越靠近后方，而相对距离越大，焦点定位得越靠 近前方。因此，如图6所示，相差像中每个像素的视差对应于指示标本PRT的组织切片中的 拍摄范围(在物镜14的成像面上出现的区域)AR的凹凸状态的信息。标准像中每个像素的位置和与标准像中的像素相关的像素之间的视差(距离)关 系如图7中的曲线图所示。图7的曲线图中的浅色部分代表上侧，图7的曲线图中的深色部 分代表下侧。图7示出投影在物镜14的成像面上的组织切片部位的凹凸状态被反映。顺 便提及，图7中示出为相差像的组织切片部位的一端翘起。当视差计算部63已经计算出分配给组织切片TS的所有部位的相差像中的视差 时，切片倾斜角度计算部64利用视差来计算组织切片TS的倾斜角度。具体地，例如，如图8所示，例如通过最小二乘法，对于Y方向上的每一列Y0， Yl,... , ，检测最逼近X-Z方向上每个像素的视差分布的直线SL。然后，通过对各直线相 对于水平面的角度求平均来确定通过各Y列的直线最多的平面。即，组织切片TS与从X-Z 方向所观察到的凹凸状态最接近的平面近似。计算该平面和水平面之间形成的角度作为组 织切片TS的倾斜角度(该倾斜角度在下文中也称为X-Z方向倾斜角度)。相似的，对于X方向上的每一列，检测最逼近Y-Z方向上每个像素的视差分布的直 线。检测通过各X列的直线最多的平面。即，组织切片TS与具有最接近从Y-Z方向所观察 到的凹凸状态的倾斜度的平面近似。计算该平面和水平面之间形成的倾斜角(以及其方 向)作为组织切片TS的倾斜角度(该倾斜角度在下文中也称为Y-Z方向倾斜角度)。当切片倾斜角度计算部64已经计算出组织切片TS的X-Z方向倾斜角度时，镜台 倾斜角度调整部65调整标本放置面的倾斜角度，从而相对于水平面的X-Z方向倾斜角度为 0°。具体地，确定对应于X-Z方向倾斜角度的支撑构件52的伸缩量(即，高度调整量 及其方向)。然后，在支撑构件伸缩机构55中设置支撑构件伸缩机构55中致动器ATl的旋 转方向和旋转量(对应于支撑构件52的伸缩量的致动器ATl的旋转方向和旋转量)。结果，如图9A所示，以支撑构件51和53的接触点POl和P03为支点来调整标本 放置面的短边方向(Y方向)侧的倾斜角度，从而即使组织切片TS具有凹凸状态，从X-Z方 向所观察到的组织切片TS仍处于基本上水平的状态。即使组织切片TS在载玻片上倾斜， 仍将组织切片TS设置为基本上处于水平状态。另一方面，当切片倾斜角度计算部64已经计算出组织切片TS的Y-Z方向倾斜角 度时，镜台倾斜角度调整部65调整标本放置面的倾斜角度，从而相对于水平面的Y-Z方向 倾斜角度为0°。具体地，如在X-Z方向平面的情况下一样，确定对应于Y-Z方向倾斜角度的支撑构 件53的伸缩量。然后，在支撑构件伸缩机构56中设置支撑构件伸缩机构56中致动器AT2的旋转方向和旋转量(对应于支撑构件53的伸缩量的致动器AT2旋转方向和旋转量)。结果，如图9B所示，以支撑构件51和52的接触点POl和P02为支点来调整标本 放置面的长边方向(X方向)侧的倾斜角度，从而即使组织切片TS具有凹凸状态，从Y-Z方 向所观察到的组织切片TS仍处于基本上水平的状态。顺便提及，在调整标本放置面的长边方向(X方向)侧的倾斜角度后，镜台倾斜角 度调整部65调整标本放置面的短边方向(Y方向)侧的倾斜角度。当调整作为后续调整对象的方向侧的倾斜角度时，先完成调整的方向侧的倾斜角 度微量地变化。因此，与先调整短边方向(Y方向)侧的倾斜角度的情况相比，先调整长边 方向(X方向)侧的倾斜角度可以降低由于后续调整对象的调整而导致的先完成的调整的 倾斜角度的变化量。[1-4.倾斜角度调整处理顺序]接下来，将参照图10的流程图描述台驱动控制部31中的倾斜角度调整处理顺序。当向台驱动控制部31发布开始控制指令时，台驱动控制部31开始倾斜角度调整 处理顺序，并且进入第一步骤SPl。在第一步骤SPl中，台驱动控制部31通过控制底座台移 动机构58开始扫描经由支撑构件51 53支撑在底座台M上的标本镜台11。然后，台驱 动控制部31进入第二步骤SP2。在第二步骤SP2中，台驱动控制部31获取分配给拍摄范围AR(图5)的组织切片 TS的所有部位的相差像。然后，台驱动控制部31进入第三步骤SP3。在第三步骤SP3中，台驱动控制部31计算每个部位的相差像中的视差。然后，台 驱动控制部31进入第四步骤SP4。在第四步骤SP4中，台驱动控制部31计算组织切片TS相对于水平面的X_Z方向 倾斜角度和Y-Z方向倾斜角度。然后，台驱动控制部31进入第五步骤SP5。在第五步骤SP5中，台驱动控制部31调整标本放置面的长边方向(X方向)上的 倾斜角度，从而组织切片TS相对于水平面的Y-Z方向倾斜角度为0° (图8B)。然后，台驱 动控制部31进入第六步骤SP6。在第六步骤SP6中，台驱动控制部31调整标本放置面的短边方向(Y方向)上的 倾斜角度，从而组织切片TS相对于水平面的X-Z方向倾斜角度为0° (图8A)。然后，台驱 动控制部31进入第七步骤SP7。在第七步骤SP7中，台驱动控制部31确定在标本放置面的长边方向(X方向)和 短边方向(Y方向)上的倾斜角度的调整量是否小于阈值。当标本放置面的长边方向(X方 向)和短边方向(Y方向)上的倾斜角度的调整量不小于阈值时，台驱动控制部31返回至 第五步骤SP5，以重复第五步骤SP5和第六步骤SP6中的处理。另一方面，当标本放置面的长边方向(X方向)和短边方向(Y方向)上的倾斜角 度的调整量小于阈值时，台驱动控制部31结束倾斜角度调整处理顺序。因此，当标本放置面的长边方向(X方向)和短边方向(Y方向)上的倾斜角度的 调整量不小于阈值时，台驱动控制部31重新调整倾斜角度，直到标本放置面的长边方向(X 方向)和短边方向(Y方向)上的倾斜角度的调整量小于阈值。因此，即使当先完成调整的 方向侧的倾斜角度在调整作为后续调整对象的方向侧的倾斜角度时发生变化，台驱动控制 部31仍能将该变化微调整至一定量。
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[1-5.效果和其它]在上述构造中，台驱动控制部31获取分配给拍摄范围AR(图5)的组织切片TS的 所有部位的相差像，并从每个相差像计算视差(图6)。然后，台驱动控制部31利用从每个 相差像计算的视差来计算组织切片TS相对于水平面的倾斜角度，并调整标本放置面的倾 斜角度，从而组织切片TS相对于水平面的倾斜角度为0°。因此，即使当组织切片TS在载玻片上倾斜，或者即使当标本PRT本身倾斜时，台驱 动控制部31仍能够将作为拍摄对象的组织切片TS的厚度方向上的拍摄次数保持在基本相 同的水平。结果，与拍摄保持倾斜的组织切片TS的情况相比，能够大大降低在组织切片TS 的深度方向上的拍摄数量。一般地，当标本PRT放置在标本镜台11上时，诸如灰尘等的异物介入标本镜台11 和标本PRT之间。图IlA和图IlB示出了与灰尘没有介入的情况(图11B)相比，在有灰尘 介入的情况下(图11A)拍摄次数增加。例如，当物镜14具有20X的放大倍率并且图像拾取元件16的图像拾取面具有 4cmX6cm的尺寸时，标本PRT上的拍摄区域AR(图5)具有约2mmX3mm的尺寸。标本PRT 中的载玻片通常具有25mmX75mm的尺寸。在该条件下，当IOOym的灰尘介入标本PRT的一条短边附近时，每当标本PRT在X 方向上移动3mm则增加约4 μ m的倾斜。在这种情况下，当物镜14的景深是1 μ m时，拍摄 次数在每个单位(3mm)上增加4次。因此，可以理解的是，仅由于100 μ m的灰尘的介入，拍 摄次数也会大幅增加。因此，通过将待拍摄组织切片TS厚度方向上的拍摄次数保持在基本相同的水平 而能够大幅降低拍摄次数，从提高组织切片图像的获取效率的角度来看是非常有用的。此外，通过将待拍摄的组织切片TS的厚度方向上的拍摄次数保持在基本相同的 水平，能够降低用于搜索聚焦位置的处理的负荷。因此，能够进一步提高组织切片图像的获 取效率。根据上述构造，通过使大幅降低拍摄次数并降低用于搜索聚焦位置的处理的负荷 成为可能，可以实现能够提高组织切片图像获取效率的显微镜1。<2.其它实施方式〉在上述的实施方式中，组织切片TS用作活体(生物体)样本。然而，活体样本不 限于该实施方式。例如，涂片、染色体等可用作活体样本。此外，也可应用除活体(生物体) 样本之外的其他样本，例如半导体器件。此外，在上述实施方式中，从图像拾取元件20获取组织切片TS的相差像。然而， 获取组织切片TS的相差像的源不限于图像拾取元件20。例如，可从连接至总体控制部30 的存储介质获取组织切片TS的相差像。此外，可经由诸如局域网、因特网等的有线或无线 通信介质从显微镜1的外部获取组织切片TS的相差像。此外，在上述实施方式中，改变标本镜台11的标本放置面的倾斜角度的方向与作 为标本放置面的平面内移动方向的X方向和Y方向相同。然而，倾斜角度的变化方向不限 于与标本放置面的移动方向相同的方向，而可以是与标本放置面的移动方向不同的方向。顺便提及，从降低计算标本放置面的倾斜角度的处理等的处理负荷的观点来看， 与倾斜角度的变化方向和标本放置面的移动方向不同的情况相比，更期望倾斜角度的变化方向与标本放置面的移动方向相同。此外，在上述实施方式中，改变标本镜台11的标本放置面的倾斜角度的方向数是 2，即，作为标本放置面的平面内的移动方向的X方向和Y方向。然而，改变倾斜角度的方向 数不限于2。例如，可将作为标本放置面的平面内移动方向的X方向和Y方向中的一个设置为 改变标本镜台11的标本放置面的倾斜角度的方向。顺便提及，从降低计算标本放置面的倾 斜角度的处理等的处理负荷的角度来看，改变倾斜角度的方向数优选是1。然而，从提高调 整倾斜角度调整精度的观点来看，改变倾斜角度的方向数优选是2。此外，在上述实施方式中，作为标本放置面的平面内移动方向的X方向和Y方向具 有彼此正交的关系。然而，平面内移动方向的正交关系不是必要条件。此外，在上述实施方式中，以与标本放置面正交的状态来设置支撑构件51、52和 53。然而，可以以相对于标本放置面倾斜的状态来设置支撑构件51、52和53。此外，在上述实施方式中，支撑构件51、52和53均具有棒状形状。然而，支撑构件 51,52和53的形状不限于棒状形状。此外，虽然支撑构件51、52和53通常具有相同的形 状，但是支撑构件51、52和53也可具有彼此不同的各形状。顺便提及，当使用具有大横截面积的支撑构件51、52和53时，可在支撑构件51、52 和53的一端处形成从其顶端到另一端的锥形。因此，能够以三个点更稳定地支撑标本放置 面11。此外，在上述实施方式中，支撑构件51、52和53的接触点的位置是在镜台角部附 近的位置P01、P02和P03。然而，接触点的位置不限于位置P01、P02和P03。除了使得各接 触点在一条直线上的设置位置之外的各种位置可被设置为支撑构件51、52和53的接触点。此外，在上述实施方式中，图3示出的标本镜台11的标本放置面的倾斜角度可以 在作为标本放置面移动方向的X方向和Y方向二者上独立改变的构造被作为能够改变标本 镜台11的标本放置面的倾斜角度的构造。然而，图3所示的构造仅仅是实例而已。例如，可采用如下构造，其中，将标本镜台11经由球形接头(ball joint)设置在 镜台驱动机构中Z方向上的轴中心，并且驱动球形接头来改变标本放置面的倾斜角度。简 而言之，可广泛应用能够改变放置面的倾斜角度的各种构造。此外，在上述实施方式中，可获取分配给拍摄范围AR(图5)的组织切片TS的所有 部位的相差像。然而，预获取作为相差像的组织切片TS的部位不限于组织切片TS的所有 部位。例如，如图12所示，可获取作为组织切片TS的长边方向上的端的两个区域ARxl 和ARx2的相差像和作为组织切片TS的短边方向上的端的两个区域ARyl和ARy2的相差像。 此外，可将具有组织切片TS重心的区域添加到这些部位中。简而言之，可为组织切片TS的 部位的区域。然而，当将作为标本放置面的平面内移动方向的X方向和Y方向中的一个设置为 改变标本放置面的倾斜角度的方向时，在一个方向上至少需要两个区域。当将作为标本放 置面的平面内移动方向的X方向和Y方向都设置为改变标本放置面的倾斜角度的方向时， 至少需要4个区域，即，X方向上的两个区域和Y方向上的两个区域，或者至少需要3个区 域，即，设置为基准的区域、在X方向上距基准区域一段距离的一个区域、在Y方向上距基准区域一段距离的一个区域。当这样限制预获取作为相差像的组织切片TS的部位时，与获取组织切片TS的所 有部位的相差像的情况相比，能够大幅缩短获取相差像的时间。此外，在上述实施方式中，对于每一列检测最逼近X-Z方向(Y-Z方向)上的每个 像素的视差分布的直线，并将在通过各Y列(X列)的直线最多的平面与水平面之间形成的 角度计算为组织切片TS的倾斜角度。然而，计算组织切片TS的倾斜角度的方法不限于此。例如，在图12的情况下，通过(区域ARxl和ARx2中视差的最大值和最小值之间 的)差和(长边方向上的区域ARxl和ARx2的X位置之间的)差之间的比值来近似组织切 片TS的X-Z方向倾斜角度。因此，该比值可被设置为组织切片TS的X-Z方向倾斜角度。另 一方面，通过(区域ARyl和ARy2中视差的最大值和最小值之间的)差和(短边方向上的 区域ARyl和ARy2的Y位置之间的)差之间的比值来近似组织切片TS的Y-Z方向倾斜角 度。因此，该比值可被设置为组织切片TS的Y-Z方向倾斜角度。在这种情况下，与拍摄保持倾斜状态的组织切片TS的情况相比，能够大幅降低拍 摄次数。此外，相比于使用分配给拍摄范围AR(图5)的组织切片TS的所有部位的相差像 来计算组织切片TS的倾斜角度的情况，能够大幅降低处理负荷，因此，从提高获取组织切 片图像的获取效率的观点来看，能够大幅降低拍摄次数是非常有用的。作为另一实例，通过应用自动对焦所采用的搜索方法能够计算组织切片TS的倾 斜角度。简而言之，作为使用组织切片TS的相差像的全部或者一部分的视差来计算组织切 片TS的倾斜角度，可以广泛应用除上述方法之外的其他方法，只要该计算组织切片TS的倾 斜角度的方法反映出组织切片TS的凹凸状态(视差)。顺便提及，当调整标本放置面的倾斜角度使得组织切片TS相对于水平面的倾斜 角度(X-Z方向倾斜角度和Y-Z方向倾斜角度)为0°时，例如，这是将标本放置面为水平的 状态设置为基准的情况。例如，当将除了标本放置面为水平的状态之外的状态设置为基准时，调整方法不 同于上述实施方式。然而，其足可以进行调整以将预拍摄的组织切片TS的厚度方向上的拍 摄次数保持在基本相同的水平。简而言之，根据组织切片TS的倾斜角度(X-Z方向倾斜角度和Y-Z方向倾斜角度) 足可以调整标本放置面，从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小或者从而使标本放置面与物 镜14的光轴LX(图1)正交。此外，在上述实施方式中，当相对于标本放置面存在倾斜角度时，通常调整标本放置面。一般来说，如图13所示，由标本镜台11中的变化、移动精度等而导致的误差 AZ([mm])(该误差在下文中称为镜台误差)被添加至要在Z方向上移动的标本镜台11的 移动量Zd([mm])中。由于该镜台误差ΔΖ，调整标本放置面从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小可能 反而引入使标本PRT与物镜14碰撞的不利效果，或者使切片部位超出物镜14的景深的不 利效果。此外，随着物镜14放大倍率的提高，物镜14和光轴上的标本PRT之间的距离(该 距离在下文中也称为工作距离)Zw([mm])缩短。即，随着物镜14的放大倍率(NA)提高，引入上述不利效果的概率增加。因此，从降低上述不利效果的观点来看，限定即使存在相对于水平面的倾斜角度 时也不调整标本放置面的条件是有用的。具体地，对于支撑构件52或支撑构件53的伸缩量(Z方向上的移动量)(通过镜 台倾斜角度调整部65计算的支撑构件52或支撑构件53的伸缩量(Z方向上的移动量))， 设定用于确定是否调整标本放置面的阈值。该阈值是物镜14的景深。这是由于当要在Z方向上进行的移动量Zd在景深范围 之内时，组织切片TS的拍摄基本不受影响。当设置阈值时，在上述图10所示的倾斜角度调整处理顺序中第五步骤SP5和第六 步骤SP6发生变化。具体地，第五步骤SP5中的台驱动控制部31(镜台倾斜角度调整部65) 确定对应于在第四步骤SP4中计算的Y-Z方向倾斜角度的支撑构件53的伸缩量，并将伸缩 量与所设置的阈值进行比较。当伸缩量小于阈值时，台驱动控制部31确定不调整标本放置面，并在不调整标本 放置面的长边方向(X方向)上的倾斜角度的情况下进入第六步骤SP6。另一方面，当伸缩量等于或者大于阈值时，如上所述，台驱动控制部31调整标本 放置面的长边方向(X方向)上的倾斜角度(图8B)，并进入第六步骤SP6。此外，台驱动控制部31在第六步骤SP6中确定对应于在第四步骤SP4中计算的 X-Z方向倾斜角度的支撑构件52的伸缩量，并将伸缩量与所设置的阈值进行比较。当伸缩量小于阈值时，台驱动控制部31确定不调整标本放置面，并在不调整标本 放置面的短边方向(Y方向)上的倾斜角度的情况下进入第七步骤SP7。另一方面，当伸缩量等于或者大于阈值时，如上所述，台驱动控制部31调整标本 放置面的短边方向(Y方向)上的倾斜角度(图8A)，并进入第七步骤SP7。因此，由于即使当存在相对于标本放置面的倾斜角度时不进行调整，组织切片TS 的拍摄也基本上不受影响，所以降低了引入上述不利效果的概率。顺便提及，当将用于Z方 向上的移动量Zd的阈值(支撑构件52或支撑构件53的伸缩量)设置为随着物镜14的放 大倍率提高而降低时，能够进一步降低引入上述不利效果的概率。当如图12所示地限定预获取作为相差像的组织切片TS的部位时，相差像的视野 范围随着物镜14的放大倍率的提高而减小。因此，如图14所示，物镜14的视野FIR从图 像拾取元件20的图像拾取范围AR移动的移动宽度SW增加，因此倾斜角度的计算精度随着 物镜14的放大倍率提高而趋于下降。此外，如图13所示，放置在标本PRT中的组织切片TS越小，区域ARxl (或ARyl) 的中心位置Pqq和区域ARx2(或ARy2)的中心位置Pltl之间的最短距离L ([mm])的倾斜角度 与标本PRT的长边方向(短边方向)上的总宽度X([mm])的倾斜角度之间的差异越趋于增大。因此，当限定预获取作为相差像的组织切片TS的部位时，仅仅设置用于支撑构件 52或支撑构件53的伸缩量(该支撑构件52或支撑构件53的伸缩量通过镜台倾斜角度调 整部65来计算)的阈值不一定降低引入上述不利效果的概率。因此，当限定要获取为相差像的组织切片TS的部位时，限定用于防止上述相不利 效果的条件是有用的。
具体地，设移动宽度SW的允许量(该允许量在下文中称为视野范围允许量)为 A([mm])并且假定镜台误差ΔΖ的最大值为B([mm])，确定区域ARxl和区域ARx2(图12) 以满足下列表达式B/(LXX) < ZwB/(LXX) < A. . . (1)S卩，通过这种关系确定区域ARxl和区域ARx2，从而中心位置Ptltl和Pltl之间的最短 距离相对于通过使镜台误差△ Z除以根据物镜14的放大倍率的标本PRT的镜台长度(长 边方向或短边方向上的宽度长度)而获取的值增加了。顺便提及，表达式(1)中除“L”之外的其他参数例如保存在存储部27等中。顺便 提及，工作距离Zw和视野范围允许量A均与物镜14的放大倍率相关联地保存在存储部27等中。当通过使用表达式(1)确定区域ARxl和区域ARx2时，将先于第一步骤SPl在镜 台上执行的新步骤添加到上述图10所示的倾斜角度调整处理中。具体地，在第一步骤SPl之前，台驱动控制部31 (镜台倾斜角度调整部6 任意确 定每个区域ARxl和区域ARx2，并且将区域ARyl和区域ARy2作为候选项。台驱动控制部31还获取确定为候选项的区域ARxl的中心位置Ptltl与确定为候选 项的区域ARx2的中心位置Pltl之间的距离L，以及确定为候选项的区域ARyl的中心位置Ptltl 与确定为候选项的区域ARy2的中心位置Pltl之间的距离L。此外，台驱动控制部31从存储 部27等获取除了这些距离L以外的参数。台驱动控制部31此后将参数和距离L带入表达 式(1)中并确定是否满足表达式(1)。当不满足表达式(1)时，台驱动控制部31再次确定新的候选项，并将新确定的区 域AR和从存储部27等获取的参数之间的距离L带入表达式(1)中。另一方面，当满足表达式(1)时，台驱动控制部31进入第一步骤SPl。在这种情况 下，台驱动控制部31扫描标本镜台11以将确定为候选项的区域ARxl和区域ARx2以及区 域ARyl和区域ARy2分配给图像拾取范围AR(图幻。然后，台驱动控制部31进入第二步骤 SP2以获取区域AR的相差像。这样限定的表达式(1)降低了预获取作为相差像的组织切片TS部位引入上述不 利效果的概率。此外，在上述实施方式中，使用两个分离透镜19A和19B。然而，分离透镜19的数 量不限于该实施方式。可以使用多个(以一对分离透镜19A和19B为一个单位(组)的) 分离透镜19。顺便提及，在这种情况下，需要在光阑掩模18上设置对应于每组分离透镜19 的开口。在上述实施方式中，通过分离透镜19A和19B形成相差像。然而，形成相差像的方 法不必限于该实施方式，而是可采用其它已知的方法。此外，在上述实施方式中，本发明应用于显微镜1。然而，应用本发明的装置不限于 显微镜1。本发明可应用于具有放置样本的镜台的各种装置。需要注意的是，在不偏离本发明精神的情况下，甚至对于除了所描述的事项以外 的其它实施方式，可广泛采用各种模式。本发明可应用于基因检测、制药、患者跟踪等的生物技术工业。
本申请包括于2009年12月25日向日本专利局提交的日本优先权专利申请 JP 2009495382和于2010年6月28日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-146745中披露的主题，其全部内容结合于此作为参考。本领域技术人员可以理解的是，根据设计要求和其他因素所进行的各种修改、组 合、再组合以及替换都落入所附权利要求或其等同物的范围内。
权利要求
1.一种镜台控制装置，包括获取装置，用于获取作为拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；距离计算装置，用于计算在所述一组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中 的相关像素之间的距离；倾斜角度计算装置，用于利用通过所述距离计算装置所计算的距离来计算所述样本的 倾斜角度；以及调整装置，用于根据所述样本的倾斜角度调整放置所述样本的镜台表面的倾斜角度， 从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小。
2.根据权利要求1所述的镜台控制装置，其中，当放置所述样本的镜台表面的倾斜角度的调整量等于或大于阈值时，所述调整 装置重新调整倾斜角度。
3.根据权利要求1所述的镜台控制装置，其中，所述倾斜角度计算装置计算所述样本在X-Z方向上的倾斜角度和在Y-Z方向上 的倾斜角度，以及所述调整装置根据所述X-Z方向上的倾斜角度调整放置所述样本的镜台表面的短边 方向上的倾斜角度，从而使得拍摄图像的视角中的倾斜最小，并根据所述Y-Z方向上的倾 斜角度调整放置所述样本的镜台表面的长边方向上的倾斜角度，从而使得拍摄图像的视角 中的倾斜最小。
4.根据权利要求3所述的镜台控制装置，其中，在完成对放置所述样本的镜台表面的长边方向上的倾斜角度的调整后，所述调 整装置开始对所述镜台表面的短边方向上的倾斜角度进行调整。
5.一种镜台控制方法，包括下列步骤获取作为拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；计算在所述一组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中的相关像素之间的 距离；利用在所述距离计算步骤中所计算的距离来计算所述样本的倾斜角度；以及根据所述样本的倾斜角度调整放置所述样本的镜台表面的倾斜角度，从而使拍摄图像 的视角中的倾斜最小。
6.一种镜台控制程序，用于使计算机执行下列步骤获取作为拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；计算在所述一组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中的相关像素之间的 距离；利用所计算的距离计算所述样本的倾斜角度；以及根据所述样本的倾斜角度调整放置所述样本的镜台表面的倾斜角度，从而使拍摄图像 的视角中的倾斜最小。
7.一种显微镜，包括镜台，具有用于放置样本的表面，镜台能够在平行于所述表面的方向上和正交于所述 表面的方向上移动，并且镜台能够改变所述表面的倾斜角度；物镜，用于形成放置在所述表面上的样本部位的像； 光学系统，用于使用在所述物镜中形成的像来形成作为不同视点的一组像； 距离计算装置，用于计算在通过所述光学系统形成的一组像中设置为基准的一个像的 每个像素与其他像中的相关像素之间的距离；倾斜角度计算装置，用于使用通过所述距离计算装置所计算的距离来计算所述样本的 倾斜角度；以及调整装置，用于根据所述样本的倾斜角度调整放置所述样本的镜台表面的倾斜角度， 从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小。
8. 一种镜台控制装置，包括获取部，用于获取作为拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；距离计算部，用于计算在所述一组像中设置为基准的一个像的每个像素与其他像中的 相关像素之间的距离；倾斜角度计算部，用于利用通过所述距离计算部所计算的距离来计算所述样本的倾斜 角度；以及调整部，用于根据所述样本的倾斜角度调整防止所述样本的镜台表面的倾斜角度，从 而使拍摄图像的视角中的倾斜最小。
全文摘要
本发明公开了镜台控制装置、镜台控制方法、镜台控制程序和显微镜。一种镜台控制装置，包括获取部，用于获取作为拍摄对象的样本组的全部或一部分中的作为不同视点的一组像；距离计算部，用于计算在一组像中设置为基准的一个像的每个像素和其他像中的相关像素之间的距离；倾斜角度计算部，用于利用通过距离计算装置所计算的距离来计算样本的倾斜角度；以及调整部，根据样本的倾斜角度调整放置样本的镜台表面的倾斜角度，从而使拍摄图像的视角中的倾斜最小。
文档编号G01N21/01GK102109673SQ20101059467
公开日2011年6月29日 申请日期2010年12月17日 优先权日2009年12月25日
发明者山本隆司, 广野游, 成泽龙, 木岛公一朗, 铃木文泰 申请人:索尼公司
专业数控铣床产品供应商
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