JP6240056B2 - 画像取得装置及び撮像装置 - Google Patents

Description

本発明は、観察対象物の画像を取得する画像取得装置及び撮像装置に関する。

最近では、対象物からの光を観察する際にＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）カメラが用いられるようになってきている。ＣＭＯＳカメラは、一般的に、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラに比較して、読み出し速度が速い、容易に部分読み出しが可能である、等の利点がある。

下記非特許文献１及び下記特許文献１には、光シート蛍光顕微鏡装置（Light Sheet Microscopy system）において、撮像素子としてＣＭＯＳセンサを用いることが開示されている。この顕微鏡装置では、観察対象物に対する励起ビームをスキャンしながら観察対象が撮像され、この励起ビームのスキャニングがＣＭＯＳセンサのローリングシャッターの動作に同期される。

国際公開ＷＯ２０１１／１２０６２９号パンフレット

Eugen Baumgart and Ulrich Kubitscheck，"Scanned light sheet microscopywithconfocal slit detection"，ＯＰＴＩＣＳ ＥＸＰＲＥＳＳ，２０１２年９月３日，Ｖｏｌ．２０，Ｎｏ．１９，ｐ．２１８０５−２１８１４

しかしながら、上記のような一般の顕微鏡装置においては、ＣＭＯＳセンサの受光面に入射する対象物からの光をスリット状にすることは光学的に難しい傾向にあった。

そこで、本発明は、かかる課題に鑑みて為されたものであり、観察対象物からの光を容易にスリット状の像として撮像することが可能な画像取得装置及び撮像装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一形態に係る画像取得装置は、対象物に対して照射光を走査することによって対象物の画像を取得する画像取得装置であって、照射光を対象物に対して走査する光走査部と、複数の画素列が配列された受光部、及び受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部を有し、受光部から複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置と、を備え、同時に露光される受光部の画素列の段数を可変に設定可能なように構成されている。

或いは、本発明の他の形態に係る撮像装置は、複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置であって、複数の画素列が配列された受光部と、受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部とを備え、同時に露光される受光部の画素列の段数を可変に設定可能なように構成されている。

或いは、本発明の他の形態に係る画像取得装置は、対象物に対して照射光を走査することによって対象物の画像を取得する画像取得装置であって、照射光を対象物に対して走査する光走査部と、複数の画素列が配列された受光部、及び受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部を有し、受光部から複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置と、を備え、隣接する画素列間の信号読み出しの間隔を可変に設定可能なように構成されている。

或いは、本発明の他の形態に係る撮像装置は、対象物に対して照射光を走査することによって対象物の画像を取得する画像取得装置に用いられ、複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置であって、複数の画素列が配列された受光部と、受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部とを備え、隣接する画素列間の信号読み出しの間隔を可変に設定することが可能なように構成されている。

或いは、本発明の他の形態に係る撮像装置は、複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置であって、複数の画素列が配列された受光部と、受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部と、外部装置との同期をとる外部同期部と、を備え、隣接する画素列間の信号読み出しの間隔、及び同時に露光される受光部の画素列の段数の少なくともいずれか一方を可変に設定することが可能なように構成されている。

本発明によれば、観察対象物からの光を容易にスリット状の像として撮像することが可能となる。

本発明の好適な一実施形態に係る画像取得装置１の概略構成を示す平面図である。 図１の画像取得装置１の概略構成を示す側面図である。 図１の画像取得装置１におけるサンプルＳに対する照明光の走査状態と撮像素子１９ａにおける蛍光像の被照射領域との関係を示す図である。 図１の撮像装置１９の受光面１９ｃ上における被照射領域Ｒ１の走査状態と、その走査状態に対応して制御された受光面１９ｃの各画素列１９ｄにおける露光及び信号読み出しのタイミングを示す図である。 図１の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。 図１の撮像装置１９の受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１と、それに対して撮像制御部１９ｂによって設定された受光面１９ｃ上の露光領域Ｒ２とを示す図である。 図１の撮像制御部１９ｂによって露光領域Ｒ２の段数が制御された際の受光面１９ｃ上の各画素列１９ｄに対して設定される露光期間を示すタイミングチャートである。 図１の撮像制御部１９ｂによって露光領域Ｒ２の段数が制御された際の受光面１９ｃ上の各画素列１９ｄに対して設定される露光期間を示すタイミングチャートである。 図１の撮像制御部１９ｂによって露光領域Ｒ２の段数が制御された際の受光面１９ｃ上の各画素列１９ｄに対して設定される露光期間を示すタイミングチャートである。 本発明の変形例の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。 本発明の変形例の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。 本発明の変形例の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。

以下、添付図面を参照しながら本発明による画像取得装置、及び撮像装置の実施の形態を詳細に説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、各図面は説明用のために作成されたものであり、説明の対象部位を特に強調するように描かれている。そのため、図面における各部材の寸法比率は、必ずしも実際のものとは一致しない。

図１は、本発明の一実施形態の画像取得装置１の構成を模式的に示す平面図であり、図２は、図１の画像取得装置１の側面図である。本実施形態による画像取得装置１は、サンプル（対象物）Ｓに対して照明光を照射してその結果生じた蛍光像（画像）を取得するための装置である。以下の説明において、サンプルＳに対して照射される照明光の照射光学系の光軸に沿った方向をＸ軸方向とし、その方向に垂直なサンプルＳからの蛍光の検出光学系の光軸に沿った方向をＹ軸方向とし、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に垂直な方向をＺ軸方向とする。なお、画像取得装置１は、サンプルＳの蛍光像を取得する構成には限定されず、サンプルＳの反射像、透過像、散乱像を取得する構成であってもよく、明視野顕微鏡装置、暗視野顕微鏡装置、反射型顕微鏡装置などの様々な構成の顕微鏡装置やフローサイトメータなどの様々な画像取得装置であってもよい。

画像取得装置１は、サンプルＳ中の蛍光物質を励起する所定の波長の照明光を出射する光源３と、光源３からの照明光を導光手段５を介して受ける光スキャナ（光走査部）７と、光スキャナ７を制御する光スキャナ制御部（光走査制御部）９と、光スキャナ７からの照明光を導くリレー光学系（照射光学系）１１と、リレー光学系１１によって導かれた照明光をサンプルＳに向けて集光する対物レンズ（照射光学系）１３と、サンプルＳからの蛍光を集光する対物レンズ（検出光学系）１５と、対物レンズ１５からの蛍光を導光するリレー光学系（検出光学系）１７と、リレー光学系１７によって導光されたサンプルＳからの蛍光像を撮像する撮像装置１９と、撮像装置１９及び光スキャナ制御部９に電気的に接続された算出部２１とを含んで構成されている。撮像装置１９によって撮像された蛍光像は、画像取得装置１に接続されるディスプレイ装置等の出力手段（図示せず）によって出力される。

導光手段５は、シングルモードファイバ等の光ファイバによって構成されてもよいし、他の種類の光ファイバやレンズによって構成されてもよい。光スキャナ７は、導光手段５からの照明光を少なくとも一方向（例えば、図２のＸＺ平面に沿った一方向）に走査する。例えば、光スキャナ７は、ガルバノミラーによって構成されるガルバノスキャナである。光スキャナ７は、照明光を走査することにより、リレー光学系１１及び対物レンズ１３を経由してサンプルＳ中に集光される照明光の被照射領域を、少なくとも一方向（例えば、図２のＺ軸方向に）に移動させることを可能にする。ここで、光源３から導光手段５、光スキャナ７、リレー光学系１１、対物レンズ１３を経由してサンプルＳに照射される照明光は、スポット状の光であってもよいし、一方向（例えば、Ｙ軸方向）に広がったシート形状の光であってもよい。

撮像装置１９は、複数の画素列が配列された受光部を含む撮像素子１９ａと、撮像素子１９ａの露光及び信号読み出しを制御する撮像制御部１９ｂとを含み、受光部から複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な装置である。例えば、撮像装置１９は、ＣＭＯＳイメージセンサを含むカメラ装置であり、ＣＭＯＳイメージセンサのいわゆるローリングシャッターによって露光及び信号読出しを可能とする。この撮像装置１９に接続された算出部２１は、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置によって構成され、光スキャナ制御部９から光スキャナ７の走査速度に関する信号を受けて、その信号を基に撮像装置１９における画素列毎の露光及び信号読み出しを制御するための信号を生成し、撮像装置１９の撮像制御部１９ｂに向けて送出する（詳細は、後述する。）。

ここで、図３を参照して、画像取得装置１におけるサンプルＳに対する照明光の走査状態と撮像素子１９ａにおける蛍光像の被照射領域との関係について説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は、サンプルＳに対する照明光の走査状態を時系列に示す側面図であり、図３（ｅ）〜（ｈ）は、それぞれ、図３（ａ）〜（ｄ）の走査状態に対応した撮像素子１９ａにおける蛍光像の結像状態を示している。

図３（ａ）〜（ｄ）に示すように、光スキャナ７の走査によりサンプルＳ中に照射される照明光は一方向（Ｚ軸方向）に沿って移動する（走査される）。ここで、図３（ｅ）〜（ｈ）に示すように、撮像素子１９ａは、その受光面（受光部）１９ｃが検出光学系の光軸（Ｙ軸方向）に垂直になるように配置され、その受光面１９ｃには、受光面１９ｃ上に結像された蛍光像を撮像する複数の画素列１９ｄがＺ軸方向に沿って配列されている。このような撮像素子１９ａの配置及び構成により、光スキャナ７による照明光の走査によるサンプルＳ中の蛍光発生個所の移動に応じて、受光面１９ｃに結像されるサンプルＳの蛍光像の被照射領域Ｒ１は、複数の画素列１９ｄの配列方向（Ｚ軸方向）に沿って移動する（走査される）。被照射領域Ｒ１の範囲は、様々な範囲に設定されうるが、図３の例では４列の画素列１９ｄをカバーする範囲になるように全体の照射光学系及び検出光学系が設定されている。

次に、図４を参照して、サンプルＳの被照射領域の走査に応じた撮像装置１９の露光及び信号読み出しの動作について説明する。図４（ａ）〜（ｅ）は、撮像装置１９の受光面１９ｃ上における被照射領域Ｒ１の走査状態を時系列に示す側面図であり、図４（ｆ）〜（ｊ）は、それぞれ、図４（ａ）〜（ｅ）の走査状態に対応して制御された受光面１９ｃの各画素列１９ｄにおける露光及び信号読み出しのタイミングを示すタイミングチャートである。

図４（ａ）〜（ｅ）に示すように、光スキャナ制御部９により、受光面１９ｃ上の移動速度が所定速度ＳＰ１になるように光スキャナ７の走査速度ＳＰ０が制御される。このような走査速度ＳＰ０と移動速度ＳＰ１との関係は、光スキャナ７の構成と、リレー光学系１１及び対物レンズ１３を含む照射光学系の構成によって定まるパラメータと、対物レンズ１５及びリレー光学系１７を含む検出光学系によって定まるパラメータとによって決定される。

このような被照射領域Ｒ１の走査状態に対応して、撮像制御部１９ｂによって各画素列１９ｄにおける露光及び信号読み出しのタイミングが制御される。具体的には、撮像制御部１９ｂは、各画素列１９ｄ毎に、蛍光像を露光して電荷信号を蓄積する期間である露光期間の直後に、その電荷信号を読み出す信号読み出し期間を設定し、その露光期間と信号読み出し期間とを含む期間を所定周期で繰り返すように制御する。このような露光期間及び信号読み出し期間の長さ、それらの開始タイミング、及び終了タイミングは、内部で発生する駆動クロックを基に設定する。

より詳しくは、撮像制御部１９ｂは、ある画素列１９ｄｎ（ｎは任意の自然数）が光スキャナ７の走査に応じて被照射領域Ｒ１に入る駆動クロックに同期したタイミングで、リセット信号ＲＳＴを発生させてその画素列１９ｄｎの電荷を排出させると共に露光処理を開始させる（図４（ａ）、（ｆ））。その後、撮像制御部１９ｂは、駆動クロックをカウントすることにより走査方向に隣接する画素列１９ｄ（ｎ＋１）の露光期間を所定期間だけ空けて開始させるようにリセット信号ＲＳＴを発生させる（図４（ｂ）、（ｇ））。このように、走査方向に隣接する各画素列１９ｄ間で所定期間だけずらして、順次受光面１９ｃの全画素列１９ｄの露光が開始される。

また、撮像制御部１９ｂは、画素列１９ｄｎの露光期間を駆動クロックをカウントすることにより所定期間Ｔ１ｎほど継続させたタイミングで、読み出し開始信号Ｓ１を発生させることにより、画素列１９ｄｎの電荷信号の読み出しを開始させるように制御する（図４（ｃ）、（ｈ））。すなわち、画素列１９ｄｎで蓄積された電荷信号が電圧に変換されて読み出される。さらに、撮像制御部１９ｂは、画素列１９ｄｎの信号読み出し期間を駆動クロックをカウントすることにより所定期間Ｔ２ｎほど継続させたタイミングで、読み出し終了信号Ｓ２を発生させることにより、画素列１９ｄｎの電荷信号の読み出しを終了させるように制御する（図４（ｄ），（ｉ））。

同様にして、撮像制御部１９ｂは、画素列１９ｄｎに隣接する画素列１９ｄ（ｎ＋１）の信号読み出し期間Ｔ２（ｎ＋１）を設定する。撮像装置１９におけるローリング読み出しによる信号読み出しでは、画素列１９ｄごとに読み出すタイミングを異ならせる必要があり、画素列１９ｄ毎の露光期間を同一に揃えるためには露光開始のタイミングを画素列毎にずらす必要がある。図４の例では、撮像制御部１９ｂにより、隣接する画素列１９ｄ間の読み出し開始信号Ｓ１の発生タイミングを所定間隔ΔＴ１だけ空けるように設定することにより、隣接する画素列１９ｄ間の信号読み出しの開始タイミングが所定間隔ΔＴ１だけずらされている。

ここで、撮像制御部１９ｂによって設定される信号読み出しの開始タイミングのずれ（間隔）ΔＴ１は、算出部２１から撮像制御部１９ｂに送出される制御信号によって可変にされている。詳細には、算出部２１は、光スキャナ制御部９から光スキャナ７の走査速度ＳＰ０に関する情報を取得し、走査速度ＳＰ０、照射光学系の倍率等によって定まるパラメータ、及び検出光学系の倍率等によって定まるパラメータを基に、受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１の移動速度ＳＰ１を算出する。さらに、算出部２１は、算出した移動速度ＳＰ１を基に、受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１の移動に同期して被照射領域Ｒ１に入った画素列１９ｄが順次露光開始されるように露光期間の開始タイミングの間隔を計算し、それに合わせて、隣接する画素列１９ｄ間の信号読み出しの間隔として、隣接する画素列１９ｄ間の信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’を決定する。そして、算出部２１は、算出した信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’を、外部信号として、撮像装置１９の外部信号受信部１９ｅに送出する。受信された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’は、撮像制御部１９ｂにデータとして送られる。これにより、撮像制御部１９ｂは、算出部２１で設定された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’に基づいて、各画素列の信号読み出し、例えば、各画素列の信号読み出しの開始タイミングを制御する。なお、撮像装置１９が算出部２１を備えてもよい。その場合、撮像装置１９の外部信号受信部１９ｅは、外部信号として、走査速度ＳＰ０、照射光学系の倍率等によって定まるパラメータ、及び検出光学系の倍率等によって定まるパラメータなどのデータを受信する。また、外部信号としては、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’を設定するためのデータやパラメータであれば、これらに限るものではない。

次に、図５を参照して、撮像制御部１９ｂによる信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１の調整動作について、より詳細に説明する。図５は、撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。

図５（ａ）は、通常のローリング読出しの際の露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。通常のローリング読出しの場合、信号読出し期間Ｔ２は、信号読出しにかかる時間に設定され、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１は、信号読出し期間Ｔ２となるように設定される。従って、撮像制御部１９ｂは、前の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１から、所定周期Ｔ０で繰り返される駆動クロックＣＬＫを信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１に相当する数だけカウントすることによって、隣接する次の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１を発生させる。これに対して、図５（ｂ）では、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１を設定された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’とするために、信号読出しにかかる時間に相当する信号読出し期間Ｔ２の後に可変の遅延期間Ｔ３を設けている。詳細には、図５（ｂ）において、撮像制御部１９ｂは、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’および信号読出し期間Ｔ２から遅延時間Ｔ３を算出し、駆動クロックＣＬＫにおいて信号読出し期間Ｔ２に相当するクロック数に達する一つ前の駆動クロックＣＬＫの後（読み出し開始信号Ｓ１の発生直前）のタイミングで遅延期間Ｔ３を設けるように駆動クロックを調整する。このとき、撮像制御部１９ｂは、遅延期間Ｔ３では、駆動クロックを発生させないため、図５（ａ）のΔＴ１に相当する駆動クロックＣＬＫの数と同じ数だけ駆動クロックＣＬＫの数をカウントすることによって、次の列の画素列１９ｄに対して読み出し開始信号Ｓ１を発生させる。その結果、隣接する画素列１９ｄ間の信号読み出しの開始タイミングの間隔が時間ΔＴ１’＝Ｔ２＋Ｔ３に設定される。このようにすることで、撮像制御部１９ｂは、各画素列の信号読み出しの開始タイミングを、算出部２１によって算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’に応じて可変に制御することが可能である。なお、遅延期間Ｔ３を設けるタイミングは、読み出し開始信号Ｓ１の発生直前のタイミングに限らず、信号読出し期間Ｔ２中に設けても良い。

また、撮像制御部１９ｂは、画素列１９ｄ毎の露光期間を調整することで同時に露光する受光面１９ｃ上の露光領域の画素列の段数を可変に設定することも可能に構成されている。図６には、撮像装置１９の受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１と、それに対して撮像制御部１９ｂによって設定された受光面１９ｃ上の露光領域Ｒ２とを示している。一般に、受光面１９ｃに入射するサンプルＳからの蛍光をスリット状にすることは光学的に難しい。そこで、撮像制御部１９ｂにより、同時に露光する画素列１９ｄを含む露光領域Ｒ２の範囲（段数）を設定することで疑似的にスリット状の蛍光が入射した状態で撮像することが可能である。

具体的には、図７〜図９には、撮像制御部１９ｂによって露光領域Ｒ２の段数が制御された際の受光面１９ｃ上の各画素列１９ｄに対して設定される露光期間を示している。それぞれの図において、（ａ）には、受光面１９ｃ上に設定される露光領域Ｒ２を示しており、（ｂ）には、（ａ）に示す露光領域Ｒ２に対応して設定される各画素列１９ｄの露光期間Ｔ１及び信号読み出し期間Ｔ２を示している。それぞれにおいて設定される露光期間Ｔ１及び信号読み出し期間Ｔ２は、隣接する画素列１９ｄ間のそれぞれの開始タイミングの間隔が、算出部２１の算出結果を基に、受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１の移動に同期するように設定される。

図７に示すように、露光領域Ｒ２が４段に設定される場合には、撮像制御部１９ｂによって、露光期間Ｔ１が重複する画素列１９ｄの段数が４段になるように露光期間Ｔ１の長さが設定される。すなわち、算出部２１が、光スキャナ制御部９から光スキャナ７の走査速度ＳＰ０に関する情報を取得し、走査速度ＳＰ０を基に算出した受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１の移動速度ＳＰ１、受光面１９ｃの走査方向（ローリング読み出し方向）における画素列１９ｄの幅Ｗ１（図６）、及び設定したい露光領域Ｒ２の画素列１９ｄの段数に基づいて、各画素列１９ｄに設定する露光期間の長さＴ１を算出する。さらに、算出部２１は、算出した露光期間の長さＴ１を、外部信号として、撮像装置１９の外部信号受信部１９ｅに送出する。受信された外部信号は、撮像制御部１９ｂに送出される。これにより、撮像制御部１９ｂによって露光期間の長さＴ１が可変に調整される。例えば、撮像制御部１９ｂにおいて露光期間の長さを規定する駆動クロック数が変更されることにより露光期間の長さＴ１が変更される。なお、算出部２１は、露光期間の長さＴ１を決める露光領域Ｒ２の画素列１９ｄの段数が可変に設定可能なように構成されている。このように、露光領域Ｒ２が複数段に設定されることにより、蛍光像の撮像の感度が向上する。

同様に、図８に示すように、露光領域Ｒ２が１段に設定される場合には、算出部２１の算出結果を基に、撮像制御部１９ｂによって、隣接する画素列１９ｄの露光期間Ｔ１が重複しないように露光期間Ｔ１の長さが設定される。このように、露光領域Ｒ２が１段などの比較的少ない段数に設定されることにより、蛍光像の撮像の空間分解能が向上する。

さらに、図９に示すように、露光領域Ｒ２が１段に設定され、算出部２１の算出結果を基に、撮像制御部１９ｂによって、隣接する画素列１９ｄの露光期間Ｔ１が重複しないように露光期間Ｔ１の長さが設定される。このとき、図８に比較して被照射領域Ｒ１の移動速度ＳＰ１が遅く設定されているため、露光期間Ｔ１及び信号読み出し期間Ｔ２の長さが比較的長く設定される。このように、露光領域Ｒ２が比較的少ない段数で設定されることで、蛍光像の撮像の空間分解能が向上し、図７及び図８の場合に比較して各画素列１９ｄの露光時間が長くなるので感度が向上する。一方で、図７及び図８の場合は、図９に比較して走査速度が速いために時間分解能が優れている。

さらに、画素列１９ｄを構成する複数の画素のうち、信号を読み出す画素数を設定し、その画素数を、露光期間Ｔ１を算出するパラメータとしてもよい。この場合、画素列１９ｄ全体を読み出す必要がない場合、必要な画素だけ読み出すことが可能になる。また、信号読出し期間Ｔ２を短く設定することも可能となり、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１の設定にさらに自由度を持たせることが可能となる。

従来の顕微鏡装置においては、ＣＭＯＳセンサのローリングシャッターの動作に励起ビームのスキャンを同期するとしているため、励起光のスキャン速度に自由度を持たせることが困難である。その結果、様々な観察対象物に対する多様な条件での柔軟な観察ができない傾向にあった。

そこで、本実施形態は、かかる課題に鑑みて観察対象物に対する照明光のスキャン速度の自由度を高めて柔軟な観察を可能とすることを１つの目的としている。

以上説明した画像取得装置１によれば、光源３から出射された照明光が光スキャナ７によってサンプルＳに対して走査され、それに応じてサンプルＳから発せられた蛍光が検出光学系を介して撮像装置１９によって撮像される。その際、照明光の走査による撮像装置１９の受光面１９ｃ上の被照射領域Ｒ１の移動速度を基に、受光面１９ｃの隣接する画素列１９ｄ間の信号読み出しの開始タイミングの間隔が算出され、算出結果を基に各画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングが制御される。これにより、照明光の走査速度を変更してもそれに合わせて撮像素子における信号読み出しタイミングを最適化できるので、サンプルＳに対する照明光の走査速度に自由度を持たせることで柔軟なサンプルＳの観察が実現される。また、蛍光が照射されている間のみ必要な画素列の露光を行うことで、サンプルＳの光走査範囲全体の像における散乱光等の背景ノイズの影響を低減して空間分解能を向上させることができる。

ここで、撮像装置１９は、信号読み出しの開始タイミングが駆動クロックに基づいて制御され、信号読み出しの開始タイミングの間隔が駆動クロックに遅延期間を設けることで調整される。これにより、駆動クロックをカウントするためのカウンターの上限に制限されること無く、各画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングが簡易かつ確実に設定できる。また、各画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングの間隔を細かく設定することができる。さらに、駆動クロックの周波数は維持されるため周波数変更によるローリング読み出しタイミングの最適化処理が不要になる。

また、受光面１９ｃによる各画素列１９ｄの露光期間を設定することにより、受光面１９ｃ上の露光領域Ｒ２の段数を必要に応じて設定することができるので、観察や測定に応じて、空間分解能、時間分解能、及び撮像の感度を適宜調整することができる。

また、各画素列１９ｄを構成する複数の画素のうち、信号読出しを行う画素数を可変に設定できる。これにより、信号読出し期間Ｔ２の調整が可能となり、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１の設定にさらに自由度を持たせることが可能となる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではない。例えば、撮像制御部１９ｂによる信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１の調整方法は、他の調整方法が採用されてもよい。

図１０は、本発明の変形例の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。同図に示す場合は、撮像制御部１９ｂは、隣接する画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１を、各画素列の信号読み出し期間Ｔ２を規定する駆動クロック数を調整することによって設定する。すなわち、撮像制御部１９ｂは、算出部２１で算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’、及び駆動クロックＣＬＫの周波数１／Ｔ０を基に、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’に相当する駆動クロックＣＬＫのクロック数を算出し、信号読み出し期間Ｔ２ａに対応するクロック数として、駆動クロック数を調整する。従って、撮像制御部１９ｂは、前の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１から、所定周期Ｔ０で繰り返される駆動クロックＣＬＫを信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’に相当する数だけカウントすることによって、隣接する次の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１を発生させる。このようにすることで、撮像制御部１９ｂは、各画素列の信号読み出しの開始タイミングを、算出部２１によって算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１に応じて可変に制御することが可能である。この場合、各画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングが簡易かつ確実に設定できる。また、各画素列１９ｄの信号読み出しが終了したタイミングで駆動クロックが供給されても、空読み出しが行われるので信号読み出し処理には影響は与えない。さらに、駆動クロックの周波数は維持されるため周波数変更によるローリング読み出しタイミングの最適化処理が不要になる。

さらに、図１１は、本発明の別の変形例の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。同図に示す場合は、撮像制御部１９ｂは、各画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングを、各画素列の信号読み出し期間Ｔ２を規定する駆動クロックの周波数を調整することによって設定する。すなわち、算出部２１で算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’、及び信号読み出し期間Ｔ２を規定するクロック数を基に、信号読み出し期間Ｔ２ｂに対応する周波数に変更するように、駆動クロックの周波数１／Ｔ０ａを算出し、駆動クロックＣＬＫの周波数を算出された周波数１／Ｔ０ａに調整する。従って、撮像制御部１９ｂは、前の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１から、所定周期Ｔ０ａで繰り返される駆動クロックＣＬＫを信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’に相当する数だけカウントすることによって、隣接する次の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１を発生させる。このようにすることで、撮像制御部１９ｂは、各画素列の信号読み出しの開始タイミングを、算出部２１の算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１に応じて可変に制御することが可能である。この場合、駆動クロックをカウントするためのカウンターの上限に制限されること無く、各画素列１９ｄの信号読み出しの開始タイミングが簡易かつ確実に設定できる。

図１２は、本発明の別の変形例の撮像装置１９における各画素列１９ｄに設定される露光期間及び信号読み出し期間の関係を示すタイミングチャートである。同図に示す場合は、撮像制御部１９ｂは、前段の画素列１９ｄの信号読み出しの終了タイミングと、次段の画素列の信号読み出しの開始タイミングとの間隔ΔＴ２を、その間隔ΔＴ２を規定する駆動クロック数を調整することによって設定する。すなわち、算出部２１で算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’、及び信号読み出し期間Ｔ２、駆動クロックＣＬＫの周波数１／Ｔ０を基に、間隔ΔＴ２を算出する。詳細すると、撮像制御部１９ｂは、まず、前の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１から、所定周期Ｔ０で繰り返される駆動クロックＣＬＫを信号読み出し期間Ｔ２に相当する数だけカウントすることによって、読出し終了信号Ｓ２を発生させる。そして、読出し終了信号Ｓ２から間隔ΔＴ２に相当するクロック数をカウントし、隣接する次の画素列１９ｄに対する読み出し開始信号Ｓ１を発生させる。つまり、撮像制御部１９ｂは、信号読み出し期間Ｔ２と間隔ΔＴ２を加えた期間Ｔ２ｃに相当するクロック数をカウントするため、各画素列の信号読み出しの開始タイミングを、算出部２１の算出された信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１に応じて可変に制御することが可能である。この場合、駆動クロックの周波数は維持されるため周波数変更によるローリング読み出しタイミングの最適化処理が不要になる。

なお、図５、図１０〜１２に示した信号読み出しの開始タイミングの間隔の設定方法は、適宜組み合わせるように構成されていてもよい。また、図５、図１０〜１２に示した設定方法の中から、信号読み出しの開始タイミングの間隔ΔＴ１’に応じて、選択しても良い。

また、撮像制御部１９ｂは、イメージセンサが内蔵されていてもよい。また、上述の実施形態では、信号読み出しの間隔として、信号読み出しの開始タイミングの間隔を算出し（設定し）、撮像制御部１９ｂは、各画素列の信号読み出しの開始タイミングを制御したが、これに限らず、例えば、信号読み出しの終了タイミングの間隔を算出し(設定し)、各画素列の信号読み出しの終了タイミングを制御してもよい。

ここで、撮像装置は、信号読み出しが駆動クロックに基づいて制御され、撮像制御部は、算出された信号読み出しの間隔に基づいて、駆動クロックを調整することが好適である。かかる構成を採れば、撮像装置の各画素列の信号読み出しの間隔が簡易かつ確実に設定できる。

また、撮像制御部は、遅延期間を設けることで駆動クロックを調整することも好適である。この場合、撮像装置の各画素列の信号読み出しの間隔を細かく設定することができる。

さらに、撮像制御部は、遅延期間を信号読み出しの前に設定することも好適である。こうすれば、各画素列間の信号読み出しのずれを容易に設定できる。

またさらに、撮像制御部は、駆動クロックの周波数を変更することで駆動クロックを調整することも好適である。こうすれば、各画素列の信号読み出しの間隔を簡易に設定できる。

また、撮像装置は、信号読み出しが駆動クロックに基づいて制御され、撮像制御部は、算出された信号読み出しの間隔と駆動クロックの周波数に基づいて、信号読み出しを規定する駆動クロックの数を調整することが好適である。かかる構成を採れば、撮像装置の各画素列の信号読み出しの間隔が簡易かつ確実に設定できる。

さらに、撮像制御部は、信号読み出しの間隔を規定する駆動クロックの数を調整することも好適である。こうすれば、各画素列間の信号読み出しのずれを容易に設定できる。

またさらに、撮像制御部は、信号読み出しの期間を規定する駆動クロックの数を調整することも好適である。こうすれば、各画素列間の信号読み出しのずれを容易に設定できる。

また、算出部は、被照射領域の移動速度、画素列の幅、及び被照射領域に対応する画素列の段数に基づいて、受光部による露光期間を設定することが好適である。かかる構成を採れば、同時に露光可能な画素列の段数を必要に応じて設定することができるので、空間分解能及び時間分解能を適宜調整することができる。

またさらに、被照射領域に対応する画素列の段数は可変に設定されることも好適である。この場合、空間分解能を自由に調整することができる。

さらにまた、撮像制御部は、それぞれの画素列を構成する複数の画素のうち、信号読み出しを行う画素数を可変に設定することも好適である。この場合、信号読み出し期間の調整が容易であり、信号読み出しの間隔の設定にさらに自由度を持たせることが可能となる。

或いは、本発明の撮像装置は、複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置であって、複数の画素列が配列された受光部と、受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部とを備え、撮像制御部は、駆動クロックに基づいて信号読み出しを制御し、隣接する画素列間の信号読み出しの間隔を可変に設定することが可能なように構成されている。

このような撮像装置によれば、駆動クロックを基に受光部の隣接する画素列間の信号読み出しの間隔が変更される。これにより、観察対象物の画像信号の各画素列の信号読み出しのずれに自由度を持たせることで柔軟な対象物の観察を実現することができる。

ここで、隣接する画素列間の信号読み出しの間隔は、受光部上の被照射領域の移動速度に基づいて設定されることが好適である。こうすれば、対象物の光走査範囲全体の像における散乱光等の背景ノイズの影響を低減して空間分解能を向上させることができる。

また、撮像制御部は、受光部上の被照射領域の移動速度を基に算出された信号読み出しの間隔に基づいて、駆動クロックを調整することが好適である。かかる構成を採れば、撮像装置の各画素列の信号読み出しの間隔が簡易かつ確実に設定できる。

また、撮像制御部は、遅延期間を設けることで駆動クロックを調整することも好適である。この場合、撮像装置の各画素列の信号読み出しの間隔を細かく設定することができる。

さらに、撮像制御部は、遅延期間を信号読み出しの前に設定することも好適である。こうすれば、各画素列間の信号読み出しのずれを容易に設定できる。

またさらに、撮像制御部は、駆動クロックの周波数を変更することで駆動クロックを調整することも好適である。こうすれば、各画素列の信号読み出しの間隔を簡易に設定できる。

また、撮像制御部は、受光部上の被照射領域の移動速度を基に算出された信号読み出しの間隔と駆動クロックの周波数に基づいて、信号読み出しを規定する駆動クロックの数を調整することが好適である。かかる構成を採れば、撮像装置の各画素列の信号読み出しの間隔が簡易かつ確実に設定できる。

さらに、撮像制御部は、信号読み出しの間隔を規定する駆動クロックの数を調整することも好適である。こうすれば、各画素列間の信号読み出しのずれを容易に設定できる。

またさらに、撮像制御部は、信号読み出しの期間を規定する駆動クロックの数を調整することも好適である。こうすれば、各画素列間の信号読み出しのずれを容易に設定できる。

また、被照射領域の移動速度、画素列の幅、及び被照射領域に対応する画素列の段数に基づいて、受光部による露光期間が設定されることが好適である。かかる構成を採れば、同時に露光可能な画素列の段数を必要に応じて設定することができるので、空間分解能及び時間分解能を適宜調整することができる。

またさらに、被照射領域に対応する画素列の段数は可変に設定されることも好適である。この場合、空間分解能を自由に調整することができる。

さらにまた、外部信号を受信する外部信号受信部をさらに備え、隣接する画素列間の信号読み出しの間隔は、外部信号に基づいて設定される、ことも好適である。かかる構成を採れば、観察対象物の画像信号の各画素列の信号読み出しの間隔を容易に設定することができ、柔軟な対象物の観察を実現することができる。

また、撮像制御部は、それぞれの前記画素列を構成する複数の画素のうち、信号読み出しを行う画素数を可変に設定することも好適である。この場合、信号読み出し期間の調整が容易であり、信号読み出しの間隔の設定にさらに自由度を持たせることが可能となる。

１…画像取得装置、３…光源、７…光スキャナ（光走査部）、９…光スキャナ制御部（光走査制御部）、１５…対物レンズ（検出光学系）、１７…リレー光学系（検出光学系）、１９…撮像装置、１９ｂ…撮像制御部、１９ｃ…受光面（受光部）、１９ｄ…画素列、１９ｅ…外部信号受信部、２１…算出部、Ｓ…サンプル（対象物）。

Claims (10)

1. 対象物に対して照射光を走査することによって前記対象物の画像を取得する画像取得装置であって、
   前記照射光を前記対象物に対して走査する光走査部と、
   複数の画素列が配列された受光部、及び前記受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部を有し、前記受光部から前記複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置と、を備え、
   同時に露光される前記受光部の前記画素列の段数及び隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔を可変に設定可能なように構成され、
   前記複数の画素列それぞれにおける露光時間は、設定された前記画素列の段数に基づいて調整され、
   前記隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔は、前記ローリング読み出しによる信号読み出しと前記照射光の走査とが同期するように設定され、
   前記撮像制御部は、調整された前記露光時間及び設定された隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔に応じて、前記複数の画素列ごとの露光期間及び前記複数の画素列ごとの信号読み出し期間を制御する、
   画像取得装置。
2. 前記撮像装置は、前記光走査部からの外部信号を受信する外部信号受信部をさらに有し、
   前記撮像制御部は、前記外部信号に基づいて、前記受光部の信号読み出しを制御する、
   請求項１に記載の画像取得装置。
3. 前記撮像制御部は、所定の周波数を有する駆動クロックに基づいて、前記複数の画素列ごとの前記露光期間及び前記複数の画素列ごとの信号読み出し期間を制御する、
   請求項１又は２に記載の画像取得装置。
4. それぞれの前記画素列を構成する複数の画素のうち、信号読み出しを行う画素数を可変に設定でき、
   前記撮像制御部は、設定された前記画素数に応じて、前記複数の画素列における前記信号読み出しを制御する、
   請求項１〜３のいずれか一項に記載の画像取得装置。
5. 前記信号読み出し期間は、遅延期間を含み、
   前記遅延期間は、前記隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔に基づいて設定される、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の画像取得装置。
6. 対象物に対して照射光を走査することによって前記対象物の画像を取得する画像取得装置に用いられ、複数の画素列ごとのローリング読み出しによる信号読み出しが可能な撮像装置であって、
   複数の画素列が配列された受光部と、
   前記受光部の信号読み出しを制御する撮像制御部と、を備え、
   同時に露光される前記受光部の前記画素列の段数及び隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔を可変に設定可能なように構成され、
   前記複数の画素列それぞれにおける露光時間は、設定された前記画素列の段数に基づいて調整され、
   前記隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔は、前記ローリング読み出しによる信号読み出しと前記照射光の走査とが同期するように設定され、
   前記撮像制御部は、調整された前記露光時間及び設定された隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔に応じて、前記複数の画素列ごとの露光期間及び前記複数の画素列ごとの信号読み出し期間を制御する、
   撮像装置。
7. 外部信号を受信する外部信号受信部をさらに備え、
   前記撮像制御部は、前記外部信号に基づいて、前記受光部の信号読み出しを制御する、
   請求項６に記載の撮像装置。
8. 前記撮像制御部は、所定の周波数を有する駆動クロックに基づいて、前記複数の画素列ごとの前記露光期間及び前記複数の画素列ごとの前記信号読み出し期間を制御する、
   請求項６又は７に記載の撮像装置。
9. それぞれの前記画素列を構成する複数の画素のうち、信号読み出しを行う画素数を可変に設定でき、
   前記撮像制御部は、設定された前記画素数に応じて、前記複数の画素列における前記信号読み出しを制御する、
   請求項６〜８のいずれか一項に記載の撮像装置。
10. 前記信号読み出し期間は、遅延期間を含み、
    前記遅延期間は、前記隣接する前記画素列間の信号読み出しの間隔に基づいて設定される、
    請求項６〜９のいずれか一項に記載の撮像装置。

Images