CN110494787A - 显微镜系统、显微镜、处理装置以及显微镜用照相机 - Google Patents
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Abstract
一种显微镜系统，其具备显微镜用照相机，该显微镜用照相机安装于显微镜，对由显微镜获得的观察像进行拍摄，该显微镜系统具备：拍摄元件，观察像经由显微镜的成像透镜射入至该拍摄元件；拍摄部，其使用拍摄元件拍摄多张从成像透镜至拍摄元件的光学距离不同且显微镜的焦平面不同的观察像的图像；以及图像处理部，其使用拍摄部拍摄到的多张图像，对观察像的相位信息进行复原，并且增加所述观察像的对比度。
Description
技术领域
本发明涉及显微镜系统、显微镜、处理装置以及显微镜用照相机。
背景技术
作为与显微镜图像的拍摄和图像处理相关的技术，公开了如下方法，即，拍摄显微镜的不同焦平面的多个图像，针对这些图像进行傅立叶变换或图像运算，获得恢复了相位信息的图像(例如，专利文献1)。在该专利文献1中，公开了如下例子，即，通过利用电动机等使载置显微镜的观察对象的试样的载物台移动，从而一边使焦平面移动一边拍摄图像。另外，通常在观察生物的显微镜等中，公知有从下方对观察对象的试样进行观察的倒立型显微镜。在该倒立型显微镜中，利用电动机等使物镜相对于观察对象上下移动而进行拍摄。
这样，通常使观察对象与物镜的相对距离发生变化而观察图像。通过使相位恢复而能够从这样拍摄的多张图像拍摄与相位差显微镜图像类似的图像。在该方式中，不需要如以往的相位差显微镜那样使用特殊的照明或物镜，而以简单的结构即可，在此基础上，与相位差显微镜图像相比对比度强，能够拍摄适于图像解析的图像。
另外，在专利文献2中公开了如下例子，即，除了透镜之外还通过使拍摄元件移动(进退移动)而控制对焦。另外，在专利文献3中公开了如下例子，即，通过使拍摄元件移动(进退移动)而拍摄多张图像，由此合成景深较深的图像。
专利文献1：日本特表2002-529689号公报
专利文献2：日本特开平8-29668号公报
专利文献3：日本特开2003-78802公报
发明内容
然而，在专利文献1中公开的结构中，需要一边使对载置显微镜的观察对象的试样的载物台进行驱动的电动机和拍摄显微镜图像的照相机同步、一边进行显微镜图像的拍摄，结构复杂。另外，在专利文献2中，公开了为了控制对焦，除了透镜之外还使拍摄元件移动(进退移动)的例子，但无法一边使焦平面移动一边拍摄图像。另外，在专利文献3中公开了通过拍摄使拍摄元件移动(进退移动)后的多张图像而合成景深较深的图像的例子，但无法构建相位恢复图像。
本发明的一个方式是鉴于上述情况而完成的，其提供一种能够利用比以往简单的结构根据焦平面不同的显微镜图像而构建相位恢复图像的显微镜系统、显微镜、处理装置以及显微镜用照相机。
为了解决上述课题，本发明的一个方式是一种显微镜系统，其具备显微镜用照相机，该显微镜用照相机安装于显微镜，拍摄由所述显微镜获得的观察像，所述显微镜系统具备：拍摄元件，所述观察像经由所述显微镜的成像透镜而射入至该拍摄元件；以及拍摄部，其使用所述拍摄元件而拍摄多张从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离不同且所述显微镜的焦平面不同的所述观察像的图像。
另外，本发明的一个方式是，所述显微镜系统具备距离变更部，该距离变更部能够对从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离进行变更，所述拍摄部相应于由所述距离变更部对所述光学距离进行变更，使用所述拍摄元件拍摄多张所述光学距离不同的所述观察像的图像。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜系统的基础上，所述距离变更部通过使所述拍摄元件在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜系统的基础上，所述距离变更部通过变更在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间设置的光学系统，从而变更所述光学距离
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜系统的基础上，在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统而设置的光学透镜能够在光轴方向上移动，所述距离变更部通过使该光学透镜在所述光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜系统的基础上，所述距离变更部通过使在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统设置的光学透镜相对于所述光学系统进行插拔，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜系统的基础上，所述显微镜用照相机设置为能够在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，所述距离变更部通过使所述显微镜用照相机或所述成像透镜在所述光轴方向上相对移动，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，所述显微镜系统具备多个所述拍摄元件，所述观察像经由所述成像透镜而射入至多个所述拍摄元件，多个所述拍摄元件设置为使得所述光学距离不同，所述拍摄部使用多个所述拍摄元件同时拍摄所述光学距离不同的所述观察像的图像。另外，本发明的一个方式是，所述显微镜系统具备至少一个分束器，该至少一个分束器使所述观察像射入至多个所述拍摄元件。
另外，本发明的一个方式是一种显微镜，其具备：供观察对象设置的载物台；物镜；成像透镜，其对经由所述物镜而射入的所述观察对象的像进行成像；拍摄部，其使用所述拍摄元件，对从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离不同的多个所述观察像的图像且焦平面不同的所述观察像的图像进行拍摄；以及图像处理部，其使用所述拍摄部拍摄到的所述多张图像而复原所述观察像的相位信息，并且增加所述观察像的对比度。
另外，本发明的一个方式是一种处理装置，其控制显微镜用照相机，该显微镜用照相机安装于显微镜，拍摄由所述显微镜得到的观察像，其中，所述处理装置具备：距离变更控制部，其进行使从所述显微镜的成像透镜至经由所述成像透镜射入有观察像的拍摄元件的光学距离变更的控制；拍摄控制部，其相应于由所述距离变更控制部对所述光学距离进行变更，而执行使用所述拍摄元件拍摄多张所述光学距离不同且所述显微镜的焦平面不同的所述观察像的图像的控制；以及图像处理部，其使用通过所述拍摄控制部的控制而拍摄到的所述多张图像来复原所述观察像的相位信息，并且增加所述观察像的对比度。
另外，本发明的一个方式是，在上述处理装置的基础上，所述处理装置具备倍率校正部，该倍率校正部对拍摄了所述光学距离不同的所述观察像而获得的多张图像中的至少一部分的拍摄图像的倍率进行校正。
另外，本发明的一个方式是一种显微镜用照相机，其安装于显微镜，对由所述显微镜获得的观察像进行拍摄，其中，所述显微镜用照相机具备：拍摄元件，所述观察像经由所述显微镜的成像透镜而射入至所述拍摄元件；以及拍摄部，其使用所述拍摄元件拍摄多张从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离不同且所述显微镜的焦平面不同的所述观察像的图像。
另外，本发明的一个方式是，所述显微镜用照相机具备距离变更部，该距离变更部能够对从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离进行变更，所述拍摄部相应于由所述距离变更部对所述光学距离进行变更，使用所述拍摄元件拍摄多张所述光学距离不同的所述观察像的图像。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜用照相机的基础上，所述距离变更部通过使所述拍摄元件在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜用照相机的基础上，所述距离变更部通过对设置于从所述成像透镜至所述拍摄元件之间的光学系统进行变更，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜用照相机的基础上，在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统而设置的光学透镜能够在光轴方向上移动，所述距离变更部通过使该光学透镜在所述光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，在上述显微镜用照相机的基础上，所述距离变更部通过使在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统而设置的光学透镜相对于所述光学系统进行插拔，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，所述显微镜用照相机设置为能够在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，所述距离变更部通过使所述显微镜用照相机或所述成像透镜在所述光轴方向上相对移动，从而变更所述光学距离。
另外，本发明的一个方式是，所述显微镜用照相机具备多个所述拍摄元件，所述观察像经由所述成像透镜射入至多个所述拍摄元件，多个所述拍摄元件设置为使得所述光学距离不同，所述拍摄部使用多个所述拍摄元件同时拍摄所述光学距离不同的所述观察像的图像。
发明的效果
根据本发明，能够利用比传统技术简单的结构，根据焦平面不同的显微镜图像而构建相位恢复图像。
附图说明
图1是表示第1实施方式涉及的显微镜系统的结构的一个例子的图。
图2是表示第1实施方式涉及的显微镜用照相机的结构的一个例子的详细图。
图3是表示第1实施方式涉及的显微镜图像拍摄处理的一个例子的流程图。
图4是针对第1实施方式涉及的图像传感器的位置处于初始状态时的光学距离的说明图。
图5是针对使第1实施方式涉及的图像传感器向光轴方向(前方)移动时的光学距离的说明图。
图6是针对使第1实施方式涉及的图像传感器向光轴方向(后方)移动时的光学距离的图。
图7是表示第1实施方式的处理装置的功能结构的一个例子的框图。
图8是说明第2实施方式涉及的对光学距离进行变更的例子的图。
图9是说明第3实施方式涉及的对光学距离进行变更的例子的图。
图10是说明第4实施方式涉及的对光学距离进行变更的例子的图。
图11是说明第5实施方式所涉及的同时拍摄多张光学距离不同的观察像的图像的例子的图。
具体实施方式
下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。
另外，在以下的各实施方式的说明中使用的附图中，为了使说明容易理解，主要记载成为主要部分的部分，适当省略其他记载。另外，为了方便，有时将成为主要部分的部分放大表示，各结构要素的尺寸比率等不限于与实际相同。另外，在各图中，对共同的结构标注相同的标号，省略其说明。
[第1实施方式]
首先，对本发明的第1实施方式进行说明。
(显微镜系统的结构)
图1是表示第1实施方式涉及的显微镜系统1的结构的一个例子的图。所示的显微镜系统1包括作为显微镜主体的显微镜10、安装于微镜10的显微镜用照相机20、控制显微镜用照相机20的处理装置30以及附属于处理装置30的监视器40。
显微镜10包括透射照明11、试样台12、物镜13、折叠式反射镜14和成像透镜15。透射照明11向试样台12照射用于观察的光。在试样台12，放置要成为由显微镜10观察的试样。物镜13将设置于试样台12的观察对象的像进行放大。折叠式反射镜14将由物镜13放大的观察对象的像的平行光向成像透镜15引导。从物镜13经由折叠式反射镜14引导的平行光通过成像透镜15而成像。在以下的说明中，将通过成像透镜15而成像的观察对象的像也称为观察像。另外，在本图中，由于不是由人观察显微镜10，而是安装显微镜用照相机20，因此在成像透镜15的后级未安装目镜。
显微镜用照相机20安装于显微镜10，并且拍摄从显微镜10射入的观察像。图示的显微镜用照相机20具备拍摄元件21，观察像经由显微镜10的成像透镜15而射入至该拍摄元件21。例如，通过成像透镜15而使观察像成像于拍摄元件21的拍摄面。显微镜用照相机20使用拍摄元件21而拍摄由显微镜10获得的观察像。在本图中，由标号K表示的点划线表示经由物镜13、折叠式反射镜14和成像透镜15射入至拍摄元件21的光的光轴，并且其他图中也相同。
接着，参照图2，对显微镜用照相机20的结构进行详细说明。图2是表示第1实施方式涉及的显微镜用照相机20的结构的一个例子的详细图。显微镜用照相机20具备拍摄元件21、使用拍摄元件21而拍摄由显微镜10获得的观察像的拍摄部22、以及能够对从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离进行变更的距离变更部23。
距离变更部23通过使拍摄元件21在光轴方向上移动，从而变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离。这里，光轴方向是沿着经由成像透镜15射入至拍摄元件21的光的光轴的方向(即，从成像透镜15向拍摄元件21的光轴方向)。光轴方向包括拍摄元件21相对于成像透镜15接近的方向和远离的方向这两个方向。例如，距离变更部23具备直线导轨231、载物台部232、滚珠丝杠233、固定块234、步进电动机235。拍摄元件21固定于直线导轨231上的载物台部232，能够在箭头100所示的方向(光轴方向)上平移。在直线导轨231连结有固定块234，在固定块234固定有步进电动机235。另外，滚珠丝杠233通过未图示的轴承旋转自由地支撑于固定块234。滚珠丝杠233通过未图示的联轴器与步进电动机235连接。另外，在载物台部232内部配置有未图示的滚珠螺母，与滚珠丝杠233螺合。根据这些结构，通过驱动步进电动机235而使滚珠丝杠233旋转，拍摄元件21与载物台部232一起向由箭头100所示的方向(光轴方向)平移。另外，使用拍摄元件21进行拍摄的拍摄部22和步进电动机235与处理装置30连接。
处理装置30是用户利用的计算机装置，能够应用PC(PersonalComputer)、平板PC、智能手机或功能手机等便携电话机、便携信息终端(PDA：Personal Digital Assistant)等。
例如，处理装置30通过对显微镜用照相机20的拍摄部22和步进电动机235进行控制，从而使拍摄元件21在光轴方向上移动。例如，处理装置30控制显微镜用照相机20，以使拍摄元件21在光轴方向上平移，拍摄多张从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同的(即，焦平面不同的)观察像的图像。另外，处理装置30根据光学距离不同的多张图像，构建(生成)恢复(复原)了相位信息的拍摄图像(相位恢复图像)。
(显微镜图像拍摄处理的操作)
接着，参照图3～图6说明如下显微镜图像拍摄处理的操作，即，处理装置30使显微镜用照相机20的拍摄元件21向光轴方向移动(平移)，由此拍摄多张光学距离不同的观察像的图像，构建相位恢复图像。图3是表示第1实施方式涉及的显微镜图像拍摄处理的一个例子的流程图。图4是针对拍摄元件21的位置处于初始状态时的光学距离的说明图。图5及图6是针对在使拍摄元件21向光轴方向移动时的光学距离的说明图。
步骤S100：首先，来自透射照明11的光对设置于试样台12的试样进行照明。这里从试样穿过的光射入至物镜13并由折叠式反射镜14改变方向，通过成像透镜15而射入至显微镜用照相机20的拍摄元件21。由此，在拍摄元件21上对放大像进行成像。在初始状态下，拍摄元件21的位置位于预先设定的位置，进行调节以使得试样被设置于载物台7的情况下试样大致位于焦平面。这里，观察者一边对拍摄元件21的图像进行拍摄，一边手动地使显微镜10的物镜13的位置移动而聚焦。此时，从成像透镜15的主点至拍摄元件21的距离为Ft0，从物镜13的主点到焦平面120的距离为Fo0，放大倍率为Ft0/Fo0(参照图4)。
步骤S102：而且，在初始状态下，处理装置30使显微镜用照相机20拍摄由显微镜10获得的观察像的图像。
步骤S104：然后，如图5所示，处理装置30驱动步进电动机235，以使得拍摄元件21从初始状态起以与所使用的物镜13对应地预先设定的规定量向前方(箭头101的方向)的位置平移。在该情况下，从成像透镜15的主点至拍摄元件21的距离为Ft1，从物镜13的主点至焦平面120a的距离为Fo1。因而，放大倍率为Ft1/Fo1，与图4所示的初始状态的情况相比，放大倍率稍微变小。此外，此时也可以利用观察像的对比度，使用显微镜用照相机20所具备的自动对焦功能对焦点进行微调。
步骤S106：而且，在该拍摄元件21向前方进行了平移的状态下，处理装置30使显微镜用照相机20拍摄由显微镜10获得的观察像的图像。
步骤S108：然后，如图6所示，处理装置30驱动步进电动机235，以使得拍摄元件21从初始状态起以与所使用的物镜13对应地而预先设定的规定量向后方(箭头102的方向)的位置平移。在该情况下，从成像透镜15的主点至拍摄元件21的距离为Ft2，从物镜13的主点至焦平面120b的距离为Fo2。因而，放大倍率为Ft2/Fo2，与图4所示的初始状态的情况相比，放大倍率稍微变大(参照图6)。此时，也可以利用观察像的对比度，使用显微镜用照相机20所具备的自动对焦功能对焦点进行微调整。
步骤S110：而且，在拍摄元件21向后进行了平移的状态下，处理装置30使显微镜用照相机20拍摄由显微镜10获得的观察像的图像。
步骤S112：然后，在步骤S102、S106、S110中拍摄的各图像中，在步骤S106、S110中拍摄的图像成为倍率与在步骤S102中拍摄的图像稍微不同的图像，因此，处理装置30进行它们的倍率校正。例如，处理装置30通过对在步骤S106、S110中拍摄到的图像进行放大或者缩小，从而校正为成为与在步骤S102中拍摄到的图像相同的倍率。具体而言，处理装置30将在步骤S106中拍摄到的图像放大至与在步骤S102中拍摄到的图像相同的倍率。另外，处理装置30将在步骤S110拍摄到的图像缩小为与在步骤S102拍摄到的图像相同的倍率。
步骤S112：接着，处理装置30针对在步骤S102、S106、S110中拍摄到的各图像，进行如现有技术文献所记载的傅立叶变换处理、图像运算处理、或逆傅立叶变换处理，构建恢复(复原)了相位的相位恢复图像。而且，处理装置30将构建的相位恢复图像保存于存储装置，并且显示于监视器40。存储装置既可以内置于处理装置30，也可以是通过线缆等连接的外部装置。另外，存储装置也可以经由互联网与处理装置30连接。
此外，在上述处理例中，介绍了手动地进行初始状态的对焦的例子，但不限于此。例如，处理装置30也可以驱动步进电动机235而求出图像的对比度为最大的拍摄元件21的初始位置。
(处理装置30的结构)
然后，参照图7对处理装置30的结构进行说明，图7是表示第1实施方式涉及的处理装置30的功能结构的一个例子的框图。图示的处理装置30具备CPU(Central ProcessingUnit)31、存储部32、输入部33、显示输出部34及通信部35。这些结构要素经由总线(Bus)以相互能够通信的方式连接。CPU 31执行存储于存储部32的各种程序，控制处理装置30的各部分。
存储部32例如包括HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory)、ROM(Read-Only Memory)、RAM(Random Access Memory)等，对处理装置30处理的各种信息、图像、程序等进行存储。此外，存储部32不限于内置于处理装置30，也可以是通过USB等数字输入输出端口等连接的外置型的存储装置。
输入部33是键盘、鼠标、触摸板、通过声音输入各种指示的传声器等。另外，输入部33也可以作为触摸面板而与监视器40的显示器一体化。
显示输出部34输出向监视器40显示的信息。通信部35通过有线或无线方式与显微镜用照相机20连接，与显微镜用照相机20进行各种数据的发送或接收。例如，通信部35发送用于控制显微镜用照相机20的控制信息，接收由显微镜用照相机20拍摄到的图像的图像数据。另外，处理装置30也可以包括未图示的扬声器、声音输出端子等。
另外，处理装置30具备距离变更控制部311、拍摄控制部312、倍率校正部313和图像处理部314作为如下功能结构，即，通过CPU 31执行存储于存储部32的控制程序(控制显微镜用照相机20的程序)而实现。
距离变更控制部311进行如下控制，即，使从显微镜10的成像透镜15至拍摄元件21的光学距离变更，观察像经由成像透镜15而射入至该拍摄元件21。例如，距离变更控制部311驱动步进电动机235使拍摄元件21向光轴方向移动(平移)，由此使从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离变更。
相应于由距离变更控制部311对上述光学距离进行变更，拍摄控制部312控制拍摄部22而拍摄多张上述光学距离不同的观察像的图像。
倍率校正部313对通过拍摄了上述光学距离不同的观察像得到的多张图像中的至少一部分的拍摄图像的倍率进行校正。例如，倍率校正部313对使拍摄元件21从初始状态的位置向光轴方向的前方移动(平移)而拍摄到的图像和使拍摄元件21向光轴方向的后方移动(平移)而拍摄到的图像进行放大或缩小，以使得成为与在初始状态的位置处拍摄到的图像相同的倍率。具体地说，倍率校正部313对使拍摄元件21从初始状态的位置向光轴方向的前方移动(平移)而拍摄到的图像进行放大，以使得成为与在初始状态的位置处拍摄的图像相同的倍率。另外，倍率校正部313对向光轴方向的后方移动(平移)而拍摄的图像进行缩小，以使得成为与在初始状态的位置处拍摄的图像的倍率相同的倍率。
图像处理部314根据对从显微镜10的成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同的观察像进行拍摄而得到的多张图像(例如，由倍率校正部313校正后的图像)，通过图像处理而使相位信息恢复(复原)，构建(生成)增加了对比度的拍摄图像(相位恢复图像)。
这样，在该实施方式涉及的显微镜系统1中，显微镜用照相机20是安装于显微镜10且对由显微镜10获得的观察像进行拍摄的照相机，并且包括：拍摄元件21，观察像经由显微镜10的成像透镜15而射入至该拍摄元件21；以及拍摄部22，其通过使用拍摄元件21而拍摄多张从成像透镜15至拍摄元件21之间的光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像。例如，显微镜用照相机20具备能够变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离的距离变更部23，拍摄部22相应于由距离变更部23对光学距离进行变更，而使用拍摄元件21拍摄多张该光学距离不同的观察像的图像。具体而言，距离变更部23通过使拍摄元件21在从成像透镜15向拍摄元件21的光轴方向(沿着光轴的两个方向)上移动(平移)而变更光学距离。另外，处理装置30具备图像处理部314，该图像处理部314使用显微镜用照相机20的拍摄部22拍摄到的多张图像，复原观察像的相位信息，并且增加所述观察像的对比度。
这样，显微镜用照相机20通过使拍摄元件21在光轴方向上平移，从而即使不驱动显微镜10的载物台等，也可以使用通用的显微镜10对多个焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)进行拍摄。因此，根据本实施方式，例如仅在廉价的手动显微镜上安装本显微镜用照相机20即可，因此能够利用比以往简单的结构，根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建相位恢复图像。此外，传统的实现了电动化的显微镜存在如下问题，即，通常昂贵，并且如果构成将控制该电动显微镜的信号从外部进行输送并且控制拍摄用的照相机而导入显微镜图像的系统，则会变为昂贵的系统。然而，在本实施方式中，可以利用简单的结构根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建相位恢复图像，因此可以实现廉价的系统。
控制显微镜用照相机20的处理装置30具备：距离变更控制部311，其进行使从显微镜10的成像透镜15至拍摄元件21的光学距离变更的控制；以及拍摄控制部312，其相应于由距离变更控制部311对光学距离进行变更，而进行使用拍摄元件21拍摄多张光学距离不同的观察像的图像的控制。例如，距离变更控制部311通过进行使拍摄元件21在从成像透镜15向拍摄元件21的光轴方向(沿着光轴的两个方向)上移动(平移)的控制，从而变更光学距离。
这样，处理装置30通过使从显微镜用照相机20的成像透镜15至拍摄元件21的光学距离变更(例如，通过使拍摄元件21在光轴方向上平移)，从而即使不驱动显微镜10的载物台等，也可以拍摄多个焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)。因此，根据本实施方式，使用通用的显微镜10，仅将显微镜用照相机20设置为控制对象，就可以获取焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)。因此，根据本实施方式，可以利用比以往简单且便宜的结构，根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建相位恢复图像。
另外，处理装置30具备图像处理部314，该图像处理部314根据拍摄了从显微镜10的成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同的观察像而得到的多张图像，通过图像处理而恢复相位信息，构建增加了对比度的拍摄图像。
由此，处理装置30能够利用比以往简单且廉价的结构，根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建带有对比度的相位恢复图像。
另外，处理装置30具备倍率校正部315，该倍率校正部315对拍摄了上述光学距离不同的观察像而得到的多张图像中的至少一部分拍摄图像的倍率进行校正。
由此，处理装置30能够抑制由于焦平面不同而产生的拍摄图像间的倍率变化所造成的影响，得到精细的图像。
[第2实施方式]
接着，对本发明的第2实施方式进行说明。
在上述第1实施方式中，作为变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离的方法，使拍摄元件21在光轴方向上移动(平移)。与此相对，在第2实施方式中，通过对设置于成像透镜15至拍摄元件21之间的光学系统进行变更，从而变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离。
图8是说明第2实施方式所涉及的对从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离进行变更的例子的图。图示的显微镜用照相机20A在从成像透镜15至拍摄元件21之间具备包含用于改变焦距的变倍光学元件25a、25b的光学系统这一点上，与第1实施方式的显微镜用照相机20不同，其他结构相同。
例如，显微镜用照相机20A具备距离变更部23A，该距离变更部23A通过使设置于成像透镜15至拍摄元件21之间的光学系统(变倍光学元件25a、25b)移动，从而能够变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离。例如，距离变更部23A具备分别对应的未图示的步进电动机或直线导轨等，以使变倍光学元件25a、25b能够向光轴方向(图示的箭头103的方向)移动。
处理装置30通过独立地驱动与变倍光学元件25a、25b分别对应的步进电动机，从而使变倍光学元件25a、25b向光轴方向独立地移动。
例如，处理装置30通过使变倍光学元件25a、25b分别在光轴方向上平移至任意位置，从而能够变更针对观察图像的焦平面。
这样，对于本实施方式涉及的显微镜用照相机20A，在成像透镜15至拍摄元件21之间作为光学系统而设置的光学透镜(变倍光学元件25a、25b)能够在光轴方向上移动(能够平移)，通过使该光学透镜在光轴方向上移动(平移)，从而变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离。
由此，显微镜用照相机20A通过使从成像透镜15至拍摄元件21之间的光学系统(变倍光学元件25a、25b)在光轴方向上平移，从而与第1实施方式同样地，能够拍摄从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像。因此，根据本实施方式，例如仅在廉价的手动显微镜上安装本显微镜用照相机20A即可，因此能够利用比以往简单且廉价的结构，根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建相位恢复图像。
[第3实施方式]
接着，对本发明的第3实施方式进行说明。
本实施方式与第2实施方式相同地，通过对设置于成像透镜15至拍摄元件21之间的光学系统进行变更，从而变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离，但光学系统的变更方法不同。
图9是说明第3实施方式涉及的对从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离进行变更的例子的图。对于图示的显微镜用照相机20B，在成像透镜15和拍摄元件21之间设具备包含用于改变焦距的变倍光学元件26a、26b的光学系统，但是它们可以相对于光学系统进行插拔，这一点与第2实施方式的显微镜用照相机20A不同。所谓相对于光学系统进行插拔，是指在经由成像透镜15将观察像射入至拍摄元件21的光的范围(以光轴为中心的规定的范围)，插入变倍光学元件26a、26b，或者使变倍光学元件26a、26b移动到该光的范围(以光轴为中心的规定的范围)之外(向图示的箭头104的方向移动)。从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离在插入变倍光学元件26a时、插入变倍光学元件26b时、以及双方都拆下时各不相同。例如，距离变更部23B具备分别对应的未图示的致动器和直线导轨等，以使变倍光学元件26a、26b相对于光学系统能够进行插拔。
处理装置30通过独立地驱动与变倍光学元件26a、26b分别对应的致动器，从而使变倍光学元件26a、26b相对于光学系统进行插拔。即，处理装置30能够使变倍光学元件25a、25b分别相对于光学系统进行插拔，能够变更针对观察图像的焦平面。
这样，对于本实施方式涉及的显微镜用照相机20B，通过使在成像透镜15和拍摄元件21之间作为光学系统而设置的变倍光学元件26a、26b(光学透镜的一个例子)相对于光学系统进行插拔，从而对从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离进行变更。
由此，显微镜用照相机20B通过使从成像透镜15至拍摄元件21之间的光学系统(变倍光学元件26a、26b)相对于光学系统进行插拔，从而与第1、2实施方式同样地，能够拍摄从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像。因此，根据本实施方式，例如仅在廉价的手动显微镜上安装本显微镜用照相机20B即可，因此能够利用比以往简单且廉价的结构，根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建相位恢复图像。
[第4实施方式]
接着，对本发明的第4实施方式进行说明。
在本实施方式中，说明显微镜用照相机自身在光轴方向上移动，由此变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离的结构。
图10是说明第4实施方式涉及的对从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离进行变更的例子的图。图示的显微镜用照相机20C设置为在从成像透镜15向拍摄元件21的光轴方向(沿着光轴的两个方向)上能够移动(能够平移)。例如，处理装置30通过驱动未图示的致动器，使显微镜用照相机20C的主体相对于成像透镜15向光轴方向(图示的箭头105的方向)相对移动(平移)。
另外，也可以取代使显微镜用照相机20C的主体相对于成像透镜15向光轴方向相对移动，通过使成像透镜15相对于显微镜用照相机20C向光轴方向相对移动，从而变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离。
这样，根据本实施方式，通过使显微镜用照相机20C的主体或成像透镜15在光轴方向上相对地平移，从而使从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离改变。
由此，显微镜用照相机20C与第1～第3实施方式同样地，能够拍摄从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像。因此，根据本实施方式，例如仅在廉价的手动显微镜上安装本显微镜用照相机20C即可，因此能够利用比以往简单且廉价的结构，根据焦平面不同的观察像的图像(显微镜图像)而构建相位恢复图像。
[第5实施方式]
接着，对本发明的第5实施方式进行说明。
在第1至第4实施方式中，说明了一边变更从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离，一边拍摄多张光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像的例子。与此相对，在本实施方式中，说明使用多个拍摄元件21同时拍摄光学距离不同的观察像的图像的例子。
图11是说明第5实施方式涉及的同时拍摄多张光学距离不同的观察像的图像的例子的图。图示的显微镜用照相机20D具备3个拍摄元件21a、21b、21c和分束器27a、27b。通过分束器27a、27b使子光路分支。分束器27a、27b例如是薄膜分束器，由薄的纤维素膜等构成，具备不会产生在具备通常厚度的光学元件中产生的重影的特征。
分束器27a、27b在从成像透镜15向拍摄元件21a的光轴上，按照分束器27a、27b的顺序设置。分束器27a使在图11中从成像透镜15向上方(设置有拍摄元件21c的方向)射入的光的1/3反射，使剩余的光向左方(设置有分束器27b和拍摄元件21a的方向)透过。分束器27b设置于分束器27a与拍摄元件21a之间，使透过分束器27a的光的50％向上方(设置有拍摄元件21b的方向)反射，使剩余50％的光向左方(设置有拍摄元件21a的方向)透过。
另外，拍摄元件21c配置于比拍摄元件21a远离成像透镜15的位置，拍摄元件21b配置于比拍摄元件21a靠近成像透镜15的位置。即，在本实施方式中，能够使用3个拍摄元件21a、21b、21c同时拍摄从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像。
这样，本实施方式涉及的显微镜用照相机20D具备多个拍摄元件21a、21b、21c，观察像经由成像透镜15射入至该多个拍摄元件21a、21b、21c。另外，显微镜用照相机20D具备使观察像射入至多个拍摄元件21a、21b、21c的多个分束器27a及27b。该多个拍摄元件21a、21b、21c设置为使得从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同。显微镜用照相机20D的拍摄部22使用多个拍摄元件21a、21b和21c同时拍摄光学距离不同的观察像的图像。
由此，在本实施方式中，具备如下优点：即使不如第1～第4实施方式那样一边变更光学距离一边按时间序列进行拍摄，也能够同时拍摄光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像。例如，在本实施方式中，能够缩短拍摄所花费的时间。另外，在本实施方式中，由于不需要使拍摄元件、光学系统或显微镜用照相机主体等移动的结构，因此能够设为简单的结构，还能够降低故障、精度管理的负荷。
[变形例]
另外，在上述实施方式中，说明了处理装置30根据光学距离不同(即，焦平面不同)的观察像的图像而构建复原了相位信息的相位恢复图像的例子，但也可以由显微镜用照相机20、20A、20B、20C、20D(例如，拍摄部22)进行该处理。在该情况下，显微镜用照相机20、20A、20B、20C、20D(例如，拍摄部22)可以通过构建相位恢复图像而增加观察像的对比度。
另外，显微镜用照相机20、20A、20B、20C、20D可以构成为与显微镜10一体的相差显微镜。该相差显微镜例如至少具备：用于设置观察对象的试样台12；物镜13；成像透镜15，其对经由物镜13射入的观察对象的像进行成像；拍摄元件21，由成像透镜15成像的观察像射入至该拍摄元件21；以及拍摄部22，其使用拍摄元件21对从成像透镜15至拍摄元件21的光学距离不同的多个观察像的图像进行拍摄。作为拍摄上述光学距离不同的多个观察像的图像的手段，能够应用第1～5实施方式中的任意者。
另外，也可以通过计算机实现上述实施方式中的处理装置30所具备的各部的一部分或者全部的功能。在该情况下，也可以将用于实现上述功能的程序记录在计算机可读取的记录介质中，使计算机系统读取并执行记录在该记录介质中的程序，从而实现上述功能。此外，在此所说的"计算机系统"是指内置于处理装置30的计算机系统，包括OS和外围设备等硬件。
另外，对于"计算机系统"，如果是使用WWW系统的情况，则还包括主页提供环境(或显示环境)。
另外，"计算机可读取的记录介质"是指软盘、光磁盘、ROM、CD-ROM等可移动介质、内置于计算机系统的硬盘等存储装置。并且，"计算机可读取的记录介质"可以包括如经由互联网等网络或电话线路等通信线路而发送程序的情况下的通信线这样在短时间内动态地保持程序的介质，或者如该情况下的成为服务器或客户端的计算机系统内部的易失性存储器这样在恒定时间保持程序的介质。另外，上述程序可以是用于实现前述功能的一部分的程序，也可以是通过与已经记录在计算机系统中的程序的组合来实现上述功能的程序。
另外，也可以将上述实施方式中的处理装置30的一部分或者全部作为LSI(LargeScale Integration)等集成电路而实现。处理装置30的各功能块可以单独地进行处理器化，也可以将一部分或全部集成而进行处理器化。另外，集成电路化的方法不限于LSI，也可以通过专用电路或通用处理器而实现。此外，在随着半导体技术的进步而出现了取代LSI的集成电路化的技术的情况下，也可以使用基于该技术的集成电路。
在本说明书中，表示"前、后、上、下、右、左、垂直、水平、纵、横、行及列"等方向的术语是指本发明的装置中的这些方向。因此，本发明的说明书中的这些术语应当相对于本发明的装置进行解释。
术语"构成为"用于表示为了执行本发明的功能而构成、或者用于表示装置的结构、要素、部分。
此外，在权利要求中作为"装置加功能"而表现的术语应当包括能够为了执行本发明所包括的功能而利用的任何结构。
术语"单元"用于表示结构要素、单元、硬件或为了执行期望功能而编程的软件的一部分。硬件的典型例子是器件或电路，但不限于此。
以上，说明了本发明的优选实施例，但本发明不限于这些实施例。在不脱离本发明的主旨的范围内，能够进行结构的附加、省略、置换以及其他变更。本发明不受前述说明的限定，仅由随附的权利要求书限定。
标号的说明
1显微镜系统，10显微镜，20、20A、20B、20C、20D显微镜用照相机，11透射照明，12试样台，13物镜，14折叠式反射镜，15成像透镜，21拍摄元件，22拍摄部，23、23A、23B距离变更部，30处理装置，31CPU，32存储部，33输入部，34显示输出部，40监视器，231直线导轨，232载物台部，233滚珠丝杠，234固定块，235步进电动机，311距离变更控制部，312拍摄控制部，313倍率校正部，314图像处理部。
Claims (20)
1.一种显微镜系统，其具备显微镜用照相机，该显微镜用照相机安装于显微镜，拍摄由所述显微镜获得的观察像，
所述显微镜系统具备：
拍摄元件，所述观察像经由所述显微镜的成像透镜而射入至该拍摄元件；
拍摄部，其使用所述拍摄元件，拍摄多张从所述成像透镜至所述拍摄元件为止的光学距离不同、且所述显微镜的焦平面不同的所述观察像的图像；以及
图像处理部，其使用所述拍摄部拍摄到的多张所述图像，复原所述观察像的相位信息，并且增加所述观察像的对比度。
2.根据权利要求1所述的显微镜系统，其中，
所述显微镜系统具备距离变更部，该距离变更部能够对从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离进行变更，
所述拍摄部相应于由所述距离变更部对所述光学距离进行变更，使用所述拍摄元件拍摄多张所述光学距离不同的所述观察像的图像。
3.根据权利要求2所述的显微镜系统，其中，
所述距离变更部通过使所述拍摄元件在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
4.根据权利要求2所述的显微镜系统，其中，
所述距离变更部通过变更在从所述成像透镜至所述拍摄元件为止之间设置的光学系统，从而变更所述光学距离。
5.根据权利要求4所述的显微镜系统，其中，
在从所述成像透镜至所述拍摄元件为止之间作为所述光学系统而设置的光学透镜能够在光轴方向上移动，所述距离变更部通过使该光学透镜在所述光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
6.根据权利要求4所述的显微镜系统，其中，
所述距离变更部通过使在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统设置的光学透镜相对于所述光学系统进行插拔，从而变更所述光学距离。
7.根据权利要求2所述的显微镜系统，其中，
所述显微镜用照相机设置为能够在从所述成像透镜朝向所述拍摄元件的光轴方向上移动，
所述距离变更部通过使所述显微镜用照相机或所述成像透镜在所述光轴方向上相对移动，从而变更所述光学距离。
8.根据权利要求1所述的显微镜系统，其中，
所述显微镜系统具备多个所述拍摄元件，所述观察像经由所述成像透镜而射入至多个所述拍摄元件，
多个所述拍摄元件设置为使得所述光学距离不同，
所述拍摄部使用多个所述拍摄元件同时拍摄所述光学距离不同的所述观察像的图像。
9.根据权利要求8所述的显微镜系统，其中，
所述显微镜系统具备至少一个分束器，该至少一个分束器使所述观察像射入至多个所述拍摄元件。
10.一种显微镜，其具备：
供观察对象设置的载物台；
物镜；
成像透镜，其对经由所述物镜而射入的所述观察对象的像进行成像；
拍摄元件，由所述成像透镜成像的观察像射入至该拍摄元件；
拍摄部，其使用所述拍摄元件，对从所述成像透镜至所述拍摄元件为止的光学距离不同的多个所述观察像的图像且焦平面不同的所述观察像的图像进行拍摄；以及
图像处理部，其使用所述拍摄部拍摄到的所述多张图像，复原所述观察像的相位信息，并且增加所述观察像的对比度。
11.一种处理装置，其控制显微镜用照相机，该显微镜用照相机安装于显微镜，拍摄由所述显微镜得到的观察像，其中，
所述处理装置具备：
距离变更控制部，其进行使从所述显微镜的成像透镜至经由所述成像透镜射入有观察像的拍摄元件的光学距离变更的控制；
拍摄控制部，其相应于由所述距离变更控制部对所述光学距离进行变更，执行使用所述拍摄元件拍摄多张所述光学距离不同、且所述显微镜的焦平面不同的所述观察像的图像的控制；以及
图像处理部，其使用通过所述拍摄控制部的控制而拍摄到的所述多张图像来复原所述观察像的相位信息，并且增加所述观察像的对比度。
12.根据权利要求11所述的处理装置，其中，
所述处理装置具备倍率校正部，该倍率校正部对拍摄了所述光学距离不同的所述观察像而获得的多张图像中的至少一部分的拍摄图像的倍率进行校正。
13.一种显微镜用照相机，其安装于显微镜，对由所述显微镜获得的观察像进行拍摄，其中，
所述显微镜用照相机具备：
拍摄元件，所述观察像经由所述显微镜的成像透镜而射入至所述拍摄元件；以及
拍摄部，其使用所述拍摄元件拍摄多张从所述成像透镜至所述拍摄元件为止的光学距离不同、且所述显微镜的焦平面不同的所述观察像的图像。
14.根据权利要求13所述的显微镜用照相机，其中，
所述显微镜用照相机具备距离变更部，该距离变更部能够对从所述成像透镜至所述拍摄元件的光学距离进行变更，
所述拍摄部相应于由所述距离变更部对所述光学距离进行变更，使用所述拍摄元件拍摄多张所述光学距离不同的所述观察像的图像。
15.根据权利要求14所述的显微镜用照相机，其中，
所述距离变更部通过使所述拍摄元件在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
16.根据权利要求14所述的显微镜用照相机，其中，
所述距离变更部通过对设置于从所述成像透镜至所述拍摄元件之间的光学系统进行变更，从而变更所述光学距离。
17.根据权利要求16所述的显微镜用照相机，其中，
在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统而设置的光学透镜能够在光轴方向上移动，所述距离变更部通过使该光学透镜在所述光轴方向上移动，从而变更所述光学距离。
18.根据权利要求16所述的显微镜用照相机，其中，
所述距离变更部通过使在从所述成像透镜至所述拍摄元件之间作为所述光学系统而设置的光学透镜相对于所述光学系统进行插拔，从而变更所述光学距离。
19.根据权利要求14所述的显微镜用照相机，其中，
所述显微镜用照相机设置为能够在从所述成像透镜向所述拍摄元件的光轴方向上移动，
所述距离变更部通过使所述显微镜用照相机或所述成像透镜在所述光轴方向上相对移动，从而变更所述光学距离。
20.根据权利要求13所述的显微镜用照相机，其中，
所述显微镜用照相机具备多个所述拍摄元件，所述观察像经由所述成像透镜射入至多个所述拍摄元件，
多个所述拍摄元件设置为使得所述光学距离不同，
所述拍摄部使用多个所述拍摄元件同时拍摄所述光学距离不同的所述观察像的图像。
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