CN1707245A - 荧光显微镜，使用荧光显微镜系统的显示方法和计算机可读介质 - Google Patents

荧光显微镜，使用荧光显微镜系统的显示方法和计算机可读介质 Download PDF

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Abstract

一种荧光显微镜包括多个类型的滤光器组，该滤光器组包括激发滤光器、分色镜和吸收滤光器的组合；滤光器切换部分用于以预定的定时切换该滤光器组；成像部分，通过使用该滤光器组摄取作为观测目标的标本的图像；具有多个图像显示区的显示部分，其上显示由各成像部分摄取的图像；以及一种控制部分，用于产生图像被叠加的叠加图像。在此荧光显微镜中，成像部分经过每个滤光器组与由切换设置部分设置的定时同步地摄取图像，并且滤光器切换部分以定时切换滤光器组，随后自动地更新摄取的图像并且显示在图像显示区中。

Description

荧光显微镜，使用荧光显微镜系统的显示方法和计算机可读介质
本申请要求基于2004年5月21日提交的日本专利申请No.2004-152544的优先权，其内容以引用方式在此并入本文。
技术领域
本发明涉及一种具有显示标本图像功能的荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法以及一种计算机可读介质。
相关技术
通常，已经使用荧光显微镜或激光显微镜来观察细胞的微观结构和分子的位置。在荧光显微镜上，能与标本中的具体目标分子特定结合的荧光分子被附着到目标分子上以便观测目标分子的分布和行为状态。荧光分子也称荧光探针，并且包括例如与目标蛋白的一种抗体共价结合的荧光分子。下面根据图9描述落射显微镜的一个实例。落射光照是一种光照方法，其中来自光源的光线穿过物镜950并且通过物镜950观测来自标本的荧光。照明光(激发光)和观测光(荧光)使用同一个物镜950的光程，物镜950同时也用作一个聚光器。图9中，为了使用落射光照实现观测，该落射荧光显微镜使用分色镜914。分色镜914与激发滤光器912和吸收(压制)滤光器916一起设置在通常称为分色箱(滤光器组)的一个盒状体中。用激发滤光器912从光源的照明光中截去具有不希望的波长的光。仅那些荧光染料的荧光分子能够吸收的波长的光才通过激发滤光器912发送。这将减弱作为观测障碍的背景光。激发光在相对于光轴倾斜近似45度的分色镜914上被直角反射并且通过物镜950到达标本W。从标本W发出的荧光在与激发光相反的方向行进，通过物镜950到达分色镜914。该分色镜914反射那些波长低于特定波长的光，并且使剩余光透射，以使得荧光经过该分色镜。在荧光透过之后，分色镜914通过吸收滤光器916截止除了目标荧光之外的波长，以便提供可能的最暗背景并且将透射光引导到目镜9(参考JP-A-2000-227556)。其中，作为被引入标本的荧光色素和滤光器的组合，典型的荧光色素、激发滤光器和吸收滤光器的组合的列表在图10中示出。图10中给出了荧光色素的试剂名称(通用名称)和激发光的波长以及吸收光的波长，所述波长以带宽中的主峰值表示。
同时，在新近的荧光观测中，引起着色并表示多个荧光色素的彩色荧光方法被使用来跟踪标本中的多个物质。在上述的荧光显微镜中，根据荧光色素来调整滤光器组而执行荧光观测，因此只能执行单色的荧光观测。作为通过使用荧光显微镜执行多色荧光观测的方法，有使用双/三带通滤光器而使得有可能在把例如CCD摄像机之类的成像单元配置在荧光显微镜上之后来同时地观测多个荧光色素的方法、使用对应于分别施加的荧光色素的单通(单色)滤光器组而同时有选择地切换这些滤光器的方法。然而，在使用双/三带通滤光器的方法中，因为荧光色素的可用组合会由于滤光器组的特性而受到限制，所以选择的余量是有限的。即，存在可用情况受限的问题。而且，由于多个彩色的传送，会因而存在彩色分离特性变坏以及产生串扰的问题。另外，存在不能观测单色图像的问题。
相比之下，在使用单通滤光器组而同时切换这些滤光器的方法中，每一滤光器组都摄取图像，然后在使用中叠加这些摄取的图像。例如在三色荧光的情况下，由于图像被摄取三次，所以不仅能够观测单色图像，而且能够观测它们的合成图像。但是，由于必须是在图像被每一颜色摄取之后才被合成，所以这种图像仅在图像的摄取之后才能够被检验。因此，不可能实时观测由各彩色给出的叠加图像。还存在的问题是，为了摄取图像而必须人工逐一切换滤光器组，因此该操作变得复杂。
同时，作为既能够以实时形成单色图像又能够以实时形成叠加图像的显微镜，已经开发了激光显微镜，例如共焦激光显微镜、多光子激励激光显微镜等。这种激光显微镜以激光扫描标本表面而在一个焦平面上记录荧光的空间分布，随后由计算机处理图像来再生局部(slice)图像。在这种共焦激光显微镜中，通过利用反射激光波长的分色镜反射从一个点光源发射的激光而将激光照射在标本上，然后利用物镜聚焦激光。从荧光分子发出的由激光引起的单光子所激发的荧光经过透射荧光波长的分色镜，随后经过透镜聚焦，并且还穿过共焦针孔并随即由光倍增器构成的检测器所检测。根据这种基本配置，通过借助X-Y扫描反射镜二维地扫描激光来激励在标本的沿照射激光的光路中的荧光分子。结果是，只在从激励荧光分子发出的荧光穿出共焦针孔之外而由检测器接收荧光、并随后由计算机对这种荧光实施图像处理时，才能够在标本的焦平面上得到荧光的断层照片。而且，在改变焦平面的同时获得各个部分的图像并随即对这种图像施加图像处理时，将能够得到标本的三维图像。
但存在的问题是，因为激光在激光显微镜中被用作激发光源、激发光是很强的光并且因此在把激发光照射在标本上时会大大损坏标本，所以造成活细胞被损坏或荧光颜色的衰减。具体地说，在进行重复扫描，损坏的范围将随每次扫描而更糟。而且，由于作为激发光源的激光是单波长的光，所以激光单元的数量必须准备得与将被激励的荧光的数量一样多。因此，还存在系统变得昂贵的问题。具体地说，存在必须周期地交换激光器并因此引发沉重的运行代价或维护成本的问题。为此原因，所期待的方法是通过不使用激光显微镜而是使用廉价的荧光显微镜的能够简单实现的多色荧光方法。
发明内容
本发明旨在克服已有技术中的上述问题。本发明的一个目的是提供一种能够几乎实时地实现多色荧光观测的荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法以及一种计算机可读介质。
为了达到上述目的，本发明的荧光显微镜包括：多个类型的滤光器组1，滤光器组1包括作为组成光学系统10的光学部件的预定的激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的组合；滤光器切换部分18，用于以预定的定时切换滤光器组1；切换设置部分20，用于设置滤光器切换部分18切换滤光器组1的定时；成像部分22，通过使用由滤光器切换部分18设置在光学系统10的光路上的滤光器组1摄取作为观测目标的标本W的图像；具有多个图像显示区G的显示部分24，在图像显示区G上分别显示由成像部分22摄取的图像；以及控制部分26，用于产生通过叠加由成像部分22摄取的图像而形成的叠加的图像。此荧光显微镜的构成使得通过使用任何滤光器组(1)摄取的图像能够被显示在图像显示区(G)的至少一个区域中，并且通过叠加由使用任意滤光器组(1)分别摄取的图像而形成的叠加图像能够被显示在图像显示区(G)的另一区域中。因此，能够自动地显示例如通过使用每个滤光器组摄取的单色荧光图像的图像，以及通过以多个模式叠加这些图像形成的叠加图像，并因此能够通过比较这些图像而容易地进行观测。
并且，本发明的另一荧光显微镜包括：多个类型的滤光器组1，滤光器组1包括作为组成光学系统10的光学部件的预定的激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的组合；滤光器切换部分18，用于以预定的定时切换滤光器组1；切换设置部分20，用于设置滤光器切换部分18切换滤光器组1的定时；成像部分22，通过使用由滤光器切换部分18设置在光学系统10的光路上的滤光器组1摄取作为观测目标的标本W的图像；具有多个图像显示区G的显示部分24，在图像显示区G上分别显示由成像部分22摄取的图像；以及控制部分26，用于产生通过叠加由成像部分22摄取的图像而形成的叠加的图像。此荧光显微镜的构成使得成像部分22通过每个滤光器组1与定时同步地摄取图像，所述定时是由切换设置部分20设置的并且滤光器切换部分18以该定时切换滤光器组1，然后摄取的图像被自动地更新并且显示在图像显示区G中。因此，包括叠加图像的、通过更新图像而获得的最新图像能够被每个滤光器组地自动显示。
此外，本发明的另一荧光显微镜包括：多个类型的滤光器组1，滤光器组1包括作为组成光学系统10的光学部件的预定的激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的组合；滤光器切换部分18，用于以预定的定时切换滤光器组1；切换设置部分20，用于设置滤光器切换部分18切换滤光器组1的定时；成像部分22，通过使用由滤光器切换部分18设置在光学系统10的光路上的滤光器组1摄取作为观测目标的标本W的图像；显示部分24，用于显示由成像部分22摄取的图像；标本装载部分28，用于在其上装载标本W；高度调节部分30，用于在光轴方向中改变在标本装载部分28和光学系统10之间的距离；高度规定部分32，用于在高度调节部分30改变距离时，按照应用的条件指定移动范围和移动宽度；存储器部分34，用于把通过成像部分22摄取的图像与在光轴中的每一预定位置的位置信息储存在一起；以及控制部分26，用于根据位置信息合成存储在存储器部分34中的多个图像，以便产生具有三维信息的一个叠合(stack)图像。此荧光显微镜的构成使得能够在由高度规定部分32指定的条件下，在由高度调节部分30在光轴方向改变标本装载部分28和光学系统10之间的距离的同时由成像部分22摄取在不同位置的图像，并且随后能够把控制部分26根据摄取图像合成的叠合图像显示在显示部分24上。因此，能够在期望条件下产生具有在光轴方向一个深度的三维的图像，并且能够立体地(cubically)观测荧光染料的表示位置等，以便得到在多色荧光观测中的深度。
而且，本发明的另一荧光显微镜还包括增益控制部分，用于电控被感测标本W的荧光量，使得由成像部分22通过使用滤光器组1摄取的图像的亮度超过预定值。相应地，例如在标本的荧光量是小值的情况下，该图像的亮度可以是通过控制由成像部分感测的感测信号的增益而保持的常数。因此，即使当要求用于切换部分的切换时间短并且曝光时间短时，也能够通过增加信号的增益获得明亮的图像。具体地说，能够获得与切换时间间隔无关的维持恒定的信号的图像。
而且，本发明的另一荧光显微镜还包括速度控制部分36，用于控制显示在显示部分24上的图像的更新速度。因此，可以形成下列图像：通过调整显示部分上的图形的更新速度以高帧速率获得的期望的图像，例如一个平滑图像、通过抑制帧速率而形成具有良好S/N比的一个图像、等等。
此外，本发明的另一荧光显微镜还包括一个布局(layout)部分38，用于把其上显示由使用预定滤光器组1摄取的图像的一个区域分配到图像显示区G的一个期望的区域。因此，用户能够将通过使用期望的滤光器组摄取的图像显示在期望的位置，以便相互比较这些图像，并且随后响应观测目标而任意地选择图像。
而且，本发明的另一荧光显微镜还包括滤光器组选择部分，用于从多个滤光器组1中选择一个滤光器组，该被选择的滤光器组用于将要被显示在显示部分24上的每一个图像显示区中的图像。因此，用户能够选择希望借以获得图像的任何滤光器组，并且由于能够通过只显示期望的荧光彩色而省略使用其它滤光器组的成像操作，所以还能相应地加速处理和绘制更新的速度。此外，能够在自动模式和手动模式之间进行切换。在自动模式中，在所有滤光器组中的每一个自动切换的同时重复地进行在显示部分上的成像和不同图像显示区上的更新；而在手动模式中，只重复地进行与由用户指定的滤光器组相关的成像和图像显示更新。
而且，本发明的另一荧光显微镜还包括图像调节部分40，用于控制位置、高度和用于卷动的放大率的图像控制参数的至少任意之一，以便控制在显示部分24上的图像显示。因此，用户能够在检测图像的同时进行通过改变在XY方向中的位置执行的卷动、通过改变在Z方向中的高度执行的聚焦等。而且，由于其图像控制参数由图像调整部分控制的图像能够以几乎实时的方式在显示部分上更新，所以用户能够利用眼睛快速检查反映了调节设置的图像，并且用户能够因此容易地判定视野。
此外，在本发明的另一荧光显微镜中，多个滤光器组1的每一个都包括对应于被分别引入标本W的荧光染料的多个类型的荧光彩色的单色滤光器组1。例如，能够响应标本和荧光色素而适当地使用例如RGB、CMY等的一个组合。本发明能够被优选地使用在多色荧光观测中，其中通过将有不同荧光彩色的多个荧光染料引入标本并且由激发光激励标本来观测荧光彩色
而且，本发明的另一荧光显微镜还包括彩色校正部分42，用于调整通过使用一个具体的滤光器组1获取的一个信号的强度。因此，能够通过调整一个具体彩色分量的强度而在没有其它荧光彩色的干扰的条件下容易地进行感兴趣部分的观测。
而且，在本发明的另一荧光显微镜中，在每个图像显示区G中显示表示一个当前操作状态的标识符44。因此，用户能够通过标识符逐个图像显示区地检查例如屏幕更新条件、静止条件、叠加条件之类的操作条件。
而且，在本发明的另一荧光显微镜中，标本装载部分28和光学系统10的光路被安排在遮蔽干扰光的暗房空间46中。因此，由于能够在暗房状态中实现荧光观测，所以能够在不提供暗房的条件下使用荧光显微镜本身，并且因此荧光显微镜变得更容易操作。
而且，在本发明的另一荧光显微镜中，成像部分22包括二维放置的光接收单元。因此，与激光显微镜不同，不需要扫描，并且能够同时获取一个屏幕的图像。光接收单元最好是由CCD组成。
而且，在本发明的另一荧光显微镜中，用于激励包括在标本W中的荧光物质的激发光源由紫外发光二极管组成。紫外发光二极管(UVLED)具有低功耗、高效率和长使用寿命，并且由于没有灯丝的断开而具有高可靠性，并且由于能够节省为了维护荧光显微镜所需的时间和劳力，所以有助于降低造价和尺寸。
而且，本发明的一个荧光显微镜包括：作为组成光学系统10的光学部件的激发滤光器12、分色镜14和吸收滤光器16；激发光源48；一种物镜50；成像透镜52；成像部分22；以及具有多个图像显示区G的显示部分24，在图像显示区G上分别显示由成像部分22摄取的图像。此荧光显微镜的构成使得可分别切换地提供多组激发滤光器12、分色镜14和吸收滤光器16，响应将被进行观测的一个期望的激发光而选择和切换激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的对应的一个组合，并且随后通过成像部分22摄取图像，按每个不同激发光而自动地改变和顺序地切换激发滤光器12、分色镜14和吸收滤光器16的一个对应的组合，并且随后在显示部分24的多个图像显示区G中分别地显示摄取的图像，并且在图像显示区的至少一个区域G中显示通过叠加由使用任意滤光器组1摄取的图像而形成的一个叠加图像。因此，该滤光器和分色镜能够被在操作中切换而不使用滤光器组。
而且，本发明的荧光显微镜包括：多个类型的滤光器组1，该滤光器组1包括作为组成光学系统10的光学部件的预定的激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的组合；滤光器切换部分18，用于以预定的定时切换滤光器组1；切换设置部分20，用于设置滤光器切换部分18切换滤光器组1的定时；成像部分22，通过使用由滤光器切换部分18设置在光学系统10的光路上的滤光器组1摄取作为观测目标的标本W的图像；以及控制部分26，用于产生通过叠加由成像部分22摄取的图像而形成的一个叠加的图像。此荧光显微镜的构成使得成像部分22通过每个滤光器组1以由切换设置部分20设置的定时同步地摄取图像，并且滤光器切换部分18以定时切换滤光器组1，以便产生通过使用每一个滤光器组1摄取的图像，随后顺序地产生通过叠加由使用多个滤光器组1摄取的图像形成的叠加图像。以此方式，根据其显示部分连接到外部装置的荧光显微镜的单一主体，能够自动地获得例如通过使用每一滤光器组摄取的单色荧光图像的图像以及通过以多个模式叠加这些图像而形成的叠加图像。
并且，使用本发明的一个荧光显微镜系统的观测方法是通过把具有不同荧光彩色的多个荧光染料引入到标本W中、随后通过一激发光激发荧光染料来执行多色荧光观测、以便观测荧光的方法。使用荧光显微镜系统的此观测方法包括步骤：响应荧光染料从多个不同类型的滤光器组1中选择一个滤光器组，该滤光器组包括作为构成光学系统10的光学部件的激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的组合，并且在显示部分24上的多个图像显示区G中的一个预定指定的图像显示区G中显示由成像部分22通过使用滤光器组1摄取的一个图像；以及一个步骤：通过使用由滤光器切换部分18切换的另一滤光器组1拍摄图像，并且类似地在另一指定的图像显示区G中显示图像，并且还产生一个已经摄取的图像上被叠加一个新摄取的图像的叠加图像，然后在一个预定叠加图像显示区O中显示叠加的图像。然后，通过重复叠加图像显示步骤顺序地更新显示在图像显示区G中的各个图像和显示区O中的叠加图像，以使通过使用每一个滤光器组1摄取的单色图像和叠加图像被几乎实时地同时地观测。因此，能够自动地显示例如通过使用每个滤光器组摄取的单色荧光图像的图像，以及通过以多个模式叠加这些图像形成的叠加图像，并因此能够通过比较这些图像而容易地进行观测。
并且，使用本发明的一个荧光显微镜系统的观测方法是通过把具有不同荧光彩色的多个荧光染料引入到标本W中、随后通过一激发光激发荧光染料来执行多色荧光观测、以便观测荧光的方法。使用荧光显微镜系统的此观测方法包括步骤：判定观测目标的视野，并且设置移动范围和移动宽度，按此移动范围和移动宽度改变其上装载标本W的标本装载部分28和光学系统10之间在光轴方向中的距离；一个步骤：根据设置改变在光轴中的每一移动宽度的距离，响应荧光染料在每一个位置中从包括作为组成光学系统10的光学部件的激发滤光器12、分色镜14和吸收滤光器16的组合的多个不同类型的滤光器组1中选择一个滤光器组1，把按成像部分22使用滤光器组1摄取的图像存储在存储器部分34中，产生一个叠加图像，该叠加图像是通过在把滤光器组1切换到另一滤光器组1的同时重复把类似地摄取的图像存储在存储器部分34中的操作而按顺序叠加每个滤光器组1获取的图像而形成，并且把叠加的图像连同在光轴方向中的位置信息一起存储在存储器部分34中；以及一个步骤：在每一位置中重复产生叠加图像的步骤，通过根据位置信息最后合成产生的叠加图像而产生具有三维信息的一个叠合图像，并且把叠合图像显示在显示部分24上。因此，能够在期望条件下产生具有在光轴方向中的一个深度的三维的图像，并且能够立体地观测荧光染料的表示位置等，以便得到在多色荧光观测中的深度。
并且，通过操作荧光显微镜系统显示图像的本发明的荧光显微镜图像显示程序是通过把具有不同荧光彩色的多个荧光染料引入到一根标本W中并且通过激发光激励这荧光染料来执行多色荧光观测、以便观测荧光的程序。这荧光显微镜图像显示程序使得一台计算机或荧光显微镜系统执行功能：响应荧光染料从多个不同类型的滤光器组1中选择滤光器组，该滤光器组包括作为构成光学系统10的光学部件的激发滤光器12、分色镜14以及吸收滤光器16的组合，并且在显示部分24上的多个图像显示区G中的预定指定的图像显示区G中显示由成像部分22通过使用滤光器组1摄取的一个图像；以及一个功能：通过使用由滤光器切换部分18切换的另一滤光器组1拍摄图像，并且类似地在另一指定的图像显示区G中显示图像，并且还产生一个已经摄取的图像上被叠加一个新摄取的图像的叠加图像，然后在预定叠加图像显示区O中显示叠加的图像。然后，通过重复叠加图像显示步骤顺序地更新显示在图像显示区G中的各个图像和显示区O中的叠加图像，以使通过使用每一个滤光器组1摄取的单色图像和叠加图像被几乎实时地同时地观测。因此，能够自动地显示例如通过使用每个滤光器组摄取的单色荧光图像的图像，以及通过以多个模式叠加这些图像形成的叠加图像，并因此能够通过比较这些图像而容易地进行观测。
此外，通过操作荧光显微镜系统显示图像的本发明的另一个荧光显微镜图像显示程序是通过把具有不同荧光彩色的多个荧光染料引入到一根标本W中并且通过激发光激励荧光染料来执行多色荧光观测、以便观测荧光的程序。该荧光显微镜图像显示程序使得一台计算机或荧光显微镜系统执行功能：判定观测目标的视野，并且设置移动范围和移动宽度，按此移动范围和移动宽度改变其上装载标本W的标本装载部分28和光学系统10之间在光轴方向中的距离；一个功能：根据所述设置改变在光轴中的每一移动宽度的距离，响应荧光染料在每一个位置中从包括作为组成光学系统10的光学部件的激发滤光器12、分色镜14和吸收滤光器16的组合的多个不同类型的滤光器组1中选择滤光器组1，把按成像部分22使用滤光器组1摄取的图像存储在存储器部分34中，产生叠加图像，该叠加图像是通过在把滤光器组1切换到另一滤光器组1的同时重复把类似地摄取的图像存储在存储器部分34中的一个操作而按顺序叠加每个滤光器组1获取的图像而形成，并且把叠加的图像连同在光轴方向中的位置信息一起存储在存储器部分34中；以及一个功能：在每一位置中重复产生叠加图像的功能，通过根据位置信息最后合成产生的叠加图像而产生具有三维信息的一个叠合图像，并且把叠合图像显示在显示部分24上。因此，能够在期望条件下产生具有在光轴方向一个深度的三维的图像，并且能够立体地观测荧光染料的表示位置等，以便得到在多色荧光观测中的深度。
并且，在本发明的计算机可读记录介质和存储装置中存储有荧光显微镜图像显示程序。而且，能够在其中存储程序的各种介质都包括在上述的记录介质中，例如磁盘、光盘、磁光盘、半导体存储器，和其它介质，比如CD-ROM、CD-R、CD-RW、软盘、磁带、MO、DVD-ROM、DVD-RAM、DVD-R、DVD+R、DVD-RW、DVD+RW、Blu-ray、HD、DVD(AOD)等。而且，除了存储在记录介质中并被分布的程序之外，上述程序包括通过例如互联网络的网络线下载以及分布的程序。此外，上述存储装置包含以软件、固化等模式的在其中以可执行状态安装了上述程序的通用或专用的装置。而且，包括在该程序中的不同处理或功能可以由能被计算机执行的程序软件来执行，或在不同部分中的处理可以通过例如预定门阵列(FPGA，ASIC)等硬件来实现，即通过该程序软件与实现硬件的部分单元的局部硬件模块的混合方式来实现。
根据该荧光显微镜、使用该荧光显微镜系统的显示方法、荧光显微镜图像显示程序和该计算可读记录介质以及存储装置，能够在多色荧光观测中以几乎实时的方式显示/更新其中叠加不同荧光彩色的叠加图像。这是由于能够自动地切换滤光器组并且能够连续同时地形成不同图像的叠加图像，并且还能够在显示部分上显示这种叠加的图像。由于这种图像处理能够被自动地重复，所以能够连续形成不同的图像，同时几乎实时地更新。结果是，能够通过荧光显微镜实现在相关技术中只能以激光显微镜实现的作为多色荧光观测的准实时观测，并因此能够以低成本实现对于标本施以少许损坏的优良的多色荧光观测。
附图说明
图1是示出根据本发明实施例的荧光显微镜的框图。
图2是示出根据本发明另一实施例的荧光显微镜系统的框图。
图3是表示显示部分的显示屏的实例的图像示意图。
图4是一个图像的示意图，表示根据本发明一个实施例的荧光显微镜图像显示程序的一个设置屏幕的实例。
图5是更新一个图像显示的处理过程的流程图。
图6A-6F是表示更新图像显示的处理过程的状态转换图。
图7是一个图像的示意图，表示根据本发明另一实施例的荧光显微镜图像显示程序的另一设置屏幕的实例。
图8是表示根据本发明实施例的一个荧光显微镜的控制系统的框图。
图9是表示相关技术中的一个落射荧光显微镜的框图。
图10是表示典型荧光色素和其激发光和荧光波长的列表。
具体实施方式
以下将参考附图说明本发明的实施例。在此情况中，随后描述的实施例应该解释为只是对实现本发明的技术思想的荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法、荧光显微镜图像显示程序和计算机可读记录介质以及存储装置的说明。本发明不应被解释为将荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法、荧光显微镜图像显示程序和计算机可读记录介质以及存储装置限制在下述内容中。并且，为了有助于对权利要求的理解，对应于实施例中示出的部件的编号被附到“权利要求”以及本说明书中“发明内容”中描述的部件。在此情况中，权利要求中例举的部件决不局限于在本实施例中的部件。为了清楚说明起见，某些情况下各部件在其附图中示出的尺寸、位置关系等是以放大的方式给出。此外，相同的名称与符号在下列的说明中表示相同或类似的部件，并且适当地省略其详细说明。而且，构成本发明的各个元件能以某种模式实现，其中通过由同一部件构建多个单元而使这个部件作为多个元件使用，并且相反地可以通过多个部件实现一个部件的功能来分别采用它们的某一部分(功能)。
在本说明书中，荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法、荧光显微镜图像显示程序以及计算机可读记录介质和存储装置不局限于用于操作、显示和设置荧光显微镜的系统本身，也不局限于基于硬件执行荧光显微镜的例如输入/输出、显示、计算、通信和其它有关操作、显示、设置等处理的系统和方法。基于软件的执行处理的系统和方法也包括在本发明的权利要求中。例如，象通用或专用计算机、工作站、终端的电子装置、移动电子装置等通过把软件、程序、插件程序、目标、文件库、小应用程序、书写程序、编译器、模块、在特定程序上操作的宏命令等装入到通用电路或计算机中，使得荧光显微镜的图像显示本身及其相关处理成为可能，它们也包括在本发明的荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法、荧光显微镜图像显示程序以及计算机可读记录介质和存储装置中的至少一项内。并且，在本说明书中，程序本身被包括在荧光显微镜系统中。而且提供的程序不局限于用作单一体的那些程序，并且提供的程序可通过某种模式实行，包括：该程序作为具体计算机程序、软件、服务等的一部分起作用的模式、该程序当需要时被调用而起作用的模式、该程序作为在OS环境中的服务而设置的模式、该程序被永久驻存在环境并被运行的模式、该程序在后台中运行、或作为其它辅助程序的模式。
图1示出了根据本发明一个实施例的荧光显微镜的框图。下面示例涉及的情况是，多种荧光染料(荧光色素)被引入标本W(也称为试样或样品)中以便染色标本并且使标本生成用于多色荧光观测的多个彩色。图1所示的荧光显微镜100包括激发光源48、集光镜54、滤光器组1、物镜50、成像透镜52和成像部分22。这些部件被安置在一个确定的光路上。激发光源48发射激发光来激励荧光染料。例如，使用高压汞灯或高压氙灯。这些灯发射宽波长的光。激发光源48可以是以低功耗、紧凑设计和高效率为特征的发光二极管。激发光源的一部分可被设置在单元中，并且可以组合这种单元来形成荧光显微镜。来自激发光源48的照明光由集光镜54形成实质上彼此并行的光锥。光锥被作为激发光引入到滤光器组1中。在落射光照的情况下集光镜54可以是荧光落射光照透镜。在下述示例中，虽然假设落射光照被用于照射标本，但本发明也适用于其它光照方法，例如透射光照和全反射光照的方法。而且，在图1实例中仅示出成像部分22，并且没有提供用于目测的目镜，但显然目测机构能够被提供。在此情况中，利用反射镜等有选择地切换经过成像透镜的荧光，以便反射或分离。
滤光器组1是光单通滤光器和反射镜的组合，所述单通滤光器选择性地透射具有适合特定荧光染料观测的波长。如图1所示，滤光器组1包括激发滤光器12、吸收滤光器16和分色镜14。滤光器组1包括多个可变类型。每一个滤光器组1都包括激发滤光器12、吸收滤光器16和分色镜14的组合。通过改变滤光器或分色镜，可以获取不同的单色图像。多个滤光器组1被设置到滤光器保持器56并且以滤光器切换部分18改变。在滤光器组1的激发滤光器12中选择的激发光在分色镜14上反射，经过物镜50投射在标本W上。物镜50也用作聚光透镜。为了观测可以调换物镜50。多个物镜50可以经螺丝等可拆卸地连接，或可经旋转器等切换。
(防光空间46)
标本W放置在标本装载部分28上。由于必须消除干扰光，所以通常象荧光标本这样的弱光标本的观测是在暗房中执行。本实施例的荧光显微镜100放置在防光空间46中，其中在标本装载部分28和光学系统10中的光路被遮蔽以防干扰光。如果此防光空间46被转入其防光状态，则将能进行荧光观测而无需配备暗房，并且荧光显微镜100将因此变得更容易操作。XY载物台等可用作标本装载部分28，在X轴和Y轴方向移动。而且，如果标本装载部分28能够沿垂直方向(Z轴方向)移动，则能够通过改变光学系统10和标本装载部分28之间的相对距离而调整聚焦。
在标本W中包括的荧光染料中，对应于照射的激发光，荧光染料发射荧光。荧光穿过物镜50，然后入射在滤光器组1上，随后穿过分色镜14。以此方式，分色镜14反射照明光但透射荧光。随后，吸收滤光器16透射荧光，以便有选择地吸收除了荧光之外的光成分例如照明光等。吸收滤光器16也称为压制滤光器，放置在分色镜14的荧光成像表面一侧上。已经射出滤光器组1的光通过成像透镜52并且入射在成像部分22上。此成像部分22被放置在与物镜50的焦平面结合的位置。成像部分22把荧光转换成电信号，并且根据此信号产生图像并且显示在显示部分24上。为此目的，成像部分22是由成像元件构成，优选是可用在CCD摄像机中的半导体成像元件。CCD摄像机放置在二维平面上，其不象激光显微镜那样顺序地扫描屏幕，而是能够同时摄取整个屏幕。由于可以通过冷却CCD摄像机而提高噪声特性，所以可以采用具有利用珀耳帖(Peltier)器件、液氮等的冷却结构的CCD摄像机。如上所述，荧光显微镜能通过利用滤光器切换部分18自动地切换单通滤光器组1，并且能够同时既显示由每一滤光器组1摄取的单色图像，又显示通过叠加这些图像获得的叠加图像。
(滤光器组1)
滤光器组1是在通常称为分色箱的盒状体中包括激发滤光器12、吸收滤光器16和分色镜14的一组部件。根据被引入标本W的荧光染料来确定滤光器组1的激发滤光器12、吸收滤光器16和分色镜14的组合。确定单带通滤光器的组合，以便仅提取具有期望波长成分的光，并且拒绝其余波长成分的光，以便实现对荧光染料产生的颜色的正确观测。因此，根据使用的荧光染料确定使用的滤光器组1。通常，使用具有不同荧光颜色的滤光器组1。例如，可以按需要使用对应于荧光染色物质例如RGB和CMY的一个彩色组合。其中，根据荧光色素、激发光和荧光的波长决定滤光器组和荧光色素的组合，并且根据图10所示列表对应荧光的观测而适当地选择组合。可以通过滤光器切换部分18改变多个滤光器组1。多个滤光器组1被设置到滤光器保持器56，并且多个滤光器组1的任何之一由滤光器切换部分18设置在光路上。滤光器切换部分18可以使用透镜旋转台以电机驱动的旋转方式或滑动方式来改变滤光器组1。通过切换设置部分20对滤光器组1的控制进行改变。在某一时间有可能使用滤光器组1来改变激发滤光器12、吸收滤光器16和分色镜14的必要设置。可以对单一部分进行改变操作，以便有助于高速运行和维护。可以使用单独改变多个激发滤光器、吸收滤光器和分色镜的单独改变装置而不使用包括激发滤光器、吸收滤光器16和分色镜的组合的滤光器组。根据这种配置，可以按照一种互锁方式控制各个改变装置来在光路上对激发滤光器、吸收滤光器和分色镜进行预定的设置。而且，有可能通过使用反射镜改变光路，从而实质上改变用于随后获取图像的滤光器。
(显示部分24)
显示部分24是用于显示由光学系统10摄取的图像的显示器。构成显示部分24的显示器是监视器，能够以高分辩率显示图像，并且可以是CRT或液晶显示板。显示部分24可与荧光显微镜或是外部连接的监视器成一体。或将连接到荧光显微镜200的外部连接装置58用作如图2所示的显示部分。例如，在计算机58A被用作一种外部连接的装置58的情况下，计算机58A的监视器可以提供显示部分的功能。可针对荧光显微镜200和外部连接装置58的每一个使用多个显示部分。
随后，显示部分24的显示屏的一个示例在图3中示出。如所示的那样，显示部分24包括多个图像显示区G。显示部分24同时在图像显示区G中显示不同图像，用于比较。具体地说，在本实施例中，图像显示区G之一被用作一个用于显示叠加图像的叠加图像显示区O，其中使用滤光器组观测的图像彼此叠加在一起。这将允许在同一屏幕上进行对使用一个滤光器组的观测图像和这种叠加图像的比较。如随后提到的那样，在本实施例中，图像实际上能实时显示，以便有可能容易地观测在各种条件下的标本的状态。在图3的实例中，提供总共四个图像显示区G，其一用作叠加图像显示区O。图像显示区的数量可以是三个或更少，或五个或更多。优选的是，图像显示区的数量等于设置在滤光器保持器中的滤光器的数量加上叠加的图像区域的数量，以便能够在单一屏幕上观测全部滤光器组和一个叠加图像。当然有可能扩大任何选定的屏幕，或针对滤光器组在扩大的屏幕之间切换，或选择一个叠加图像。不需要在一个屏幕上显示全部图像。图像可被显示在分别的窗口中。以此方式，可以根据滤光器的数量、观测的目的以及用户的爱好而按要求改变图像显示的实际使用。在图3的实例中，对应于荧光染料1至3的三个滤光器组被装入到滤波器保持器56中，并且在这些滤光器组和由单色图像之间叠加在一起的叠加图像之间切换时，选择单色图像。
图4示出用于设定由荧光显微镜获得的图像的显示模式的荧光显微镜图像显示程序的用户接口屏幕的实例。如图2所示，此程序被安装到荧光显微镜200连接的计算机58A中，并且控制监视器24A的操作和荧光显微镜200的操作。因此，监视器24A接收由荧光显微镜200摄取的图像数据，并且起到显示部分的作用，并且荧光显微镜200根据设置获得期望的图像显示。在此情况中，图2示出配置的一个示例，并且本发明的荧光显微镜系统可以使用各种配置。例如可将控制部分、操作部分、监视器等提供到荧光显微镜本身，并因此设置和操作能够以不与外部的连接设备相连的一种孤立模式来完成。作为选择，多个荧光显微镜被连接到一个计算机，并且能够以一种协调模式或一种独立模式操作各个荧光显微镜。
在图4的设置屏幕中，图像显示区G被放置在左上方部分，并且利用图标指示目前在荧光显微镜中设置的滤光器组的滤光器组群38A被放置在右上部分。如图4所示，能够通过从放置在图像显示区G右侧的滤光器组群38A中选择期望的滤光器组、随即以鼠标把图标拖动到期望的图像显示区G、并且随后把图标落到区域中而设计滤光器组和图像显示区的布局。由于布局能够以此方式直观指定，所以用户能够容易地执行易于直觉理解的设置。
随后，将参考图5的流程图和图6A-6F中的状态转换图说明更新图像显示的过程。在此示例中，在三个单色滤光片组1A到1C中切换的同时，图像被显示并且产生叠加的图像。首先，在各个部分被依情况进行初始化之后，在步骤S1中准备一个滤光器组。其中，滤光器组1A被设置在滤光器保持器中。然后，在步骤S2中使用滤光器组摄取图像，并且处理转到步骤S3，其中通过利用摄取的图像更新图像显示区G。其中如图6A所示，通过利用滤光器组1A摄取的图像显示在显示部分24上的图像显示区G1中。随后，在步骤S4中更新叠加的图像显示区。其中，由于该区域是在其初始化状态，所以如图6B所示，与图像显示区G1中的图像相同的图像被显示在图像显示区G4中。随后在步骤S5中，判断滤光器组是否切换到下一个滤光器组。例如，在计算滤光器组的切换数的同时重复预定次数的成像，否则处理返回到步骤S1，然后重复上述的步骤直到荧光显微镜接收一个成像停止指令。当过程达到滤光器组不需要被切换的阶段时，处理结束。其中，假设继续处理，则处理返回到步骤S1，然后滤光器被切换到滤光器组1B作为由滤光器切换部分设置的下一个滤光器。然后，在步骤S2中摄取图像，并且如图6C所示，在步骤S3中还把在步骤52中使用滤光器组1B摄取的图像显示在图像显示区G2中。然后在步骤S4中，通过把图像显示区G2中的图像叠加在图像显示区G4中的图像上获得的叠加图像由控制部分合成，并且在图像显示区G4中的图像由合成的叠加图像所更新(图6D)。随后，经过步骤S5、S1把滤光器组切换到滤光器组1C，然后在步骤S2到S3中摄取图像，然后经过滤光器组1C摄取的图像被显示在图像显示区G3(图6E)中。然后在步骤S4在中，通过把图像显示区G3中的图像叠加在正在图像显示区G4中显示的图像上来更新在图像显示区G4中的图像(图6F)。在此情况中，如图6A-6F所示，在单色图像被显示之后的这种叠加处理和叠加图像的显示不受顺序的限制。能够先执行叠加处理和显示操作，然后显示该单色图像。
如图3所示，利用上述内容，通过滤光器组1A到1C摄取的单色图像以及它们的叠加图像能够被显示在显示部分24的同一个屏幕上。而且，上述操作自动地执行。更具体地说，由于例如滤光器组的切换、成像的启动、摄取图像的更新等一系列处理是在荧光显微镜一侧自动地进行，所以用户能够极容易地获得各种图像而不需要象滤光器切换操作、显示切换操作等之类的特别操作。具体地说，在相关技术需要例如每个滤光器组的切换、成像每一滤光器组、通过计算机的摄取图像的合成等麻烦的人工操作，在本实施例中通过彻底地省去了这些处理而能够实现容易使用的操作环境。
并且，显示在显示部分24上的图像能通过重复上述处理几乎实时地更新。因此，能够实现对现有相关技术中荧光显微镜来说是不可能的实时观测。在上述步骤中，处理在获得图6F中的图像时的时间点再次返回到步骤S1，随后滤光器组1C被切换到滤光器组1A，然后在步骤S2到S3通过利用滤光器组1A摄取新的单色图像，并且随后利用新的图像更新图像显示区G1中的图像。而且在步骤S4中，通过把新图像叠加在已经通过滤光器组1B、1C摄取的图像上而产生叠加图像，并且随后更新在图像显示区G4中的图像。此时，在荧光显微镜观测的视野从图6A中的阶段改变的情况下，则按照从改变的视野中摄取的新图像更新显示的图像。换句话说，在用户对显示图像作出任何改变的情况下，例如用户改变视野的位置(x、y-坐标)、调节聚焦(z-坐标)、增/减放大率等，则把在变化条件下新近摄取的图像显示在显示部分24上。结果是，由于即使在用户执行卷动或聚焦时显示在显示部分24上的图像也随着这种操作而被更新，所以能够实现本发明的优秀特征，即用户能够几乎实时地确认在显示图像中产生的变化。在现有相关技术中，能够通过使用昂贵的共焦激光显微镜形成的多重扫描的图像实现在这种多色荧光观测中的实时观测，但是利用廉价的荧光显微镜不能实现这种实时观测，因为必须在交换滤光器组的同时单独地摄取图像。在本实施例中，能够通过滤光器组的自动切换和与这种切换同步地执行成像/叠加处理来实现准实时的显示更新。
这里的“准实时”意味着在显示操作中存在一个轻微的显示延迟。这是由于顺序地切换多个滤光器组并且在每次切换操作中都执行成像处理和图像叠加处理，因此通过这些处理显示的图像距用户操作的时间点稍有延迟。时延的程度取决于切换滤光器组、图像产生处理、叠加处理等所要求的机械处理速度。具体地说，当观测具有暗激发光的标本时，必须延长成像部分22的曝光时间以便获取亮图像，因此延迟趋向增加。
(增益控制部分)
因此，在本实施例中，为了缩短曝光时间，由增益控制部分执行放大信号增益的处理。更具体地说，当在成像之时不能获得为了得到预定水平的亮度所需的信号水平时，控制部分26则用作增益控制部分而放大整体信号水平。例如，当需要2秒的曝光时间来获得构成控制部分26的CCD摄像机所需的信号水平时，当滤光器组1能够在0.5秒内切换时，控制部分26则把传感信号放大四倍。因此，能够构成短曝光时间，并且因此即使应用了短时间切换时，也能够获得亮度保持在预定水平的图像。然而存在的问题是，由于放大增益而相对地增加了噪音成分，所以当放大水平增加时灵敏度将变差。因此，如果对应标本、荧光染料以及观测条件来调整曝光时间，则能够进行考虑了图像更新速度和S/N比之间的平衡关系的、恰当的图像显示。在本实施例中，提供了能够由用户调整曝光时间的曝光时间控制部分60。
(曝光时间控制部分60)
在图4的示例中，在滤光器组显示框62之下提供了曝光时间控制部分60，切换控制每一滤光器组的曝光时间。用户在规定的选项当中选择每一滤光器组的曝光时间或直接地指向不同的曝光时间。而且，有可能使得系统一侧计算最佳的曝光时间并且自动地设置曝光时间。在图4的示例中，曝光时间能够通过指向“自动”来自动地设置曝光时间。如上所述，即使在曝光时间被缩短时，也能够通过增益控制部分保持光量在一个预定水平。此外，由于能够通过缩短曝光时间而降低拍摄时间，所以能够实现在绘制更新中以加速的帧速率作出显示。而且，由于能够缩短激发时间，所以能够抑制荧光的标本的损坏，并因此能够防止标本的褪色。
(速度控制部分36)
通过一个速度控制部分36控制绘制图像的更新速度。切换设置部分20设置滤光器切换部分18的控制，但滤光器组切换操作执行的是机械操作，使得加速的绘制更新速度取决于这一切换操作。因此，如果由速度控制部分36控制滤光器组的切换定时，则也可以设置绘制更新速度。在此情况中，由速度控制部分36改变切换设置部分20的设置。而且，能够把切换设置部分20和速度控制部分36构建在一起。结果是，根据速度控制部分36的设置来判定滤光器切换部分18的切换定时。绘制更新速度给出一个图像切换速度，即更新一幅图像所要求的时间。因此，如果加速这一更新速度，则能够平滑切换图像，同时由于曝光时间被不可避免地缩短，因而S/N比例趋向变得更差。相比之下，如果减速这一更新速度，则图像的切换变缓，同时由于曝光时间的延长而存在具有良好S/N比的清晰图像的趋向。结果是，如果用户根据观测和目标的用途把更新速度调整到一个期望值，则能够获得良好平衡的观测。用户能够从提供在图像显示区G之下的绘制更新速度设置框36A输入一个期望的数值作为速度控制部分36的一个模式。此外，用户能够通过使用例如下拉列表等方式从预先设置的选项中选择期望值。在摄取图像时，滤光器切换部分18以通过绘制更新速度设置框36A指定的时间间隔切换各个滤光器组。在此情况中，针对每一滤光器组的切换定时被设置为常数，只能够针对具体滤光器组调节切换时间。因此，需要长曝光时间的滤光器组的切换时间被设置为长切换时间，而仅需要短曝光时间的滤光器组的切换时间被设置为短切换时间，使得能够在总体上抑制绘制更新时间。而且，各种指示不局限于数值指示，并且能够感官地展现所要获得的显示结果。例如，如果由用户从例如“清除图像”、“平滑图像更新”等表示中选择指示，则用户将有可能容易地理解设置的含意。而且，可以运用在系统一侧设置最佳值的自动设置来设置绘制更新速度。
(荧光染料和滤光器之间的相关性)
而且，能够在屏幕上显示设置在荧光显微镜中的滤光器组的类型。在图4的示例中，在绘制更新速度设置框36A之下提供有滤光器组显示框62。名称表示将在此输入目前被设置在荧光显微镜中的滤光器组。在此示例中，通过激发光的通用名称显示滤光器组。在本实施例中，滤光器保持器56能以四级切换，并且设置在滤光器保持器56中的三个滤光器组和其中没有滤光器组而摄取图像的明视野观测状态可以被切换。在此显示的滤光器组的名称在图4屏幕的右侧的滤光器组群38A中被用作表示符号。而且，除了输入由用户选择的滤光器组的名称的方法之外，还可以采用在滤光器组显示框62中通过下拉列表等提供选项并随后使得用户选择选项的任意之一的方法、通过检测在荧光显微镜一侧上选择的滤光器组的类型而自动地显示滤光器组的名称的方法等。例如，用于记录滤光器组的名称信息，如IC的存储器，被提供给每一滤光器组，然后荧光显微镜通过读出这一信息来判定其类型，并且将这种类型显示在显示部分24上。而且，除了激发光源的类型之外，激发光波长、荧光波长、应用的荧光染料的名称、激发滤光器或吸收滤光器的型号等能被采用作为滤光器组的名称。另外，这些表示符号可被分别地在显示中切换。而且，除了由用户手动地输入这些信息的方法之外，还能够适当地采用使荧光显微镜一侧读出给到滤光器组一侧的信息的方法、使得荧光显微镜一侧根据一个信息搜索这些信息并且显示这种信息的方法等。例如，一个查询表，其中记录了荧光染料的类型和能够发出对应于此荧光染料的激发光光源类型、荧光、滤光器名称等，以便互相关联，被提供到在荧光显微镜一侧的存储器，然后通过查阅此表来根据某个信息提取相关的信息。而且，如果存在多个相关信息段，则荧光显微镜系统可以使用户选择信息。例如，如果有多个滤光器可供荧光染料利用，则荧光显微镜系统将使用户从所提供的选择中选择任何之一。
(彩色校正)
另外，还可以提供用于把彩色校正加到显示部分24上显示的图像的彩色校正部分42。“彩色校正”是通过加重或解加重由具体滤光器组获取的信号来加重在显示中的具体荧光彩色或削弱其它荧光彩色的技术。根据这种校正，能够着重显示在叠加图像中的将被观测的部分，并能因此有助于用户的观测。在图4的示例中，彩色校正部分42被提供在曝光时间控制部分60之下。在彩色校正部分42中被决定接受彩色校正的荧光被着重地显示。除了上述彩色校正之外，已知的色彩处理，例如加到期望荧光彩色以便调整颜色阴影的伽玛校正、加到所选择的荧光彩色的减色处理等，可被适当地采用作为彩色校正的方法。
(滤光器组选择部分)
而且，除了自动地摄取图像同时切换全部滤光器组的每一个的自动模式之外，还提供了只使用在摄取图像时选择的期望的滤光器组的一种摄取图像的手动模式。通过使用滤光器组选择装置执行手动模式的设置，并且用户指定摄取图像中使用的滤光器组。此外，图像通/断(ON/OFF)可在每个滤光器组切换。布局部分38可被用作滤光器组选择装置，其使用方式是，例如只把必要的滤光器组分配到图4屏幕上的图像显示区G，并且还把不在图像摄取中使用的滤光器组仍然保持在滤光器组群38A中，或把已被分配到图像显示区G的滤光器组的图标返回到滤光器组群38A。否则，如果选择了已被登记在图像显示区G的滤光器组的图标、然后通过点击鼠标的右键把删除处理加到这种图标，则模式将自动地转移到手动模式。由于能够通过经必要的滤光器组摄取图像来降低滤光器组切换操作和图像叠加处理，所以能够以高速度绘制。
(图像调整部分40)
而且，提供了用于控制摄取图像的图像调整部分40。具有图像调整部分40的另一设置屏幕的示例在图7中示出。图7是根据本发明另一实施例的示出荧光显微镜图像显示程序的GUI图像的示例。在图7所示设置屏幕的实例中，调节包含对场视野移动的位置、高度、放大率、亮度和对比度的图像调节参数的切换，作为图像调整部分40提供在图像显示区G的右部。这些图像调节参数可由用户调整或自动地设置为最佳值。例如，提供自动调整曝光时间的“一触自动”键和自动调整聚焦的“一触聚焦”键。在图像调节参数中，依据X和Y方向调节位置，使得显示图像的视点移动。例如在图像显示区G的屏幕中，用鼠标拖动一个任意位置及在预定方向移动位置将移动该位置或视点。标本装载部分28将根据鼠标的移动量而在X和Y方向移动。可以使用上/下和右/左按键以及十字准线按键来移动标本装载部分28。可在显示区中提供用于显示当前的视点所在位置区域的一个指南。
通过确定Z方向中的相对距离，即标本W和光学系统10(物镜50)之间的距离来调整高度。这将调整图像的聚焦。通过调整在高度规定部分的高度，垂直地移动标本装载部分28。通过使用一个滑道、水平仪或比例尺可以进行连续和直观的高度或放大率的调整。图7中的实例使用一个滑尺32A作为一个高度规定部分。在任何情况下，移动标本装载部分28以用于调整，能通过移动光学系统10而获得相同的结果。
由成像透镜52执行对放大率的调节。在此示例中，由一个变焦透镜构成成像透镜52，并且能够通过单一成像透镜52从10倍到100倍连续改变放大率。此外，可以通过使用旋转器、滑尺或其它来切换物镜50的若干类型，或可以通过变焦透镜构成物镜。例如，能够通过手动或自动地切换装在交叉旋转器多种类型的物镜来改变放大率。而且，可以对应观测的目标采用专用的物镜用于相位差观测、差分干扰观测、明视野观测、暗视野观测等。在图7的示例中，能通过使用紧定螺钉等可交换地装配物镜50，因而物镜50能够被替换来适合各种应用领域。
(标识符44)
此外，可在每一图像显示区G显示用于指示当前操作状态的标识符44。在图3的示例中，指示图像处理过的条件的图标作为标识符44显示在图像显示区G的左上方部分。此图标根据处理内容而改变。在图3的示例中，如果图像正被更新，则一个三角形标记例如“＞”等被显示在图像显示区G的左上方部分，并且如果更新被结束以等待下一个更新，则显示标记“||”。而且，正在摄取图像的屏幕可由标记″●″指示，不执行更新操作的屏幕可由标记“□”以及其它标志指示。此外，在图7的示例中，标识符44被分别显示在图像显示区G的左下部分，并且由多个叠加的矩形框组成的、作为指示叠加的图像的标识符44和文字“叠加”显示在位于图7右下部分上的叠加图像显示区O中。因此，用户能够把握在各个图像显示区G中的处理条件。而且，可以添加在每一图像显示区G中指示设置和显示内容的设置标识符44B。例如，在图3的示例中，表明右下图像显示区G被设置为叠加图像显示区O的图标作为设置标识符44B显示在图像显示区G的右上部分。此外，滤光器组的名称的表示符号等可由文字显示，并且可以添加对应荧光彩色而改变其彩色的图标。显然，能够适当地改变这些标识符的形状和放置位置。而且，这些显示的通/断可被切换。
(控制系统64)
图8示出荧光显微镜的控制系统64的一个示例性框图。在图8中，没有示出光学系统10的细节。如图8所示，荧光显微镜包括作为成像系统66的如下部件：载物台28A，作为其上放置标本的标本装载部分28的一种形式；升降器30A用于移动载物台28A的载物台；光学系统10，用于通过激发光照射放置在载物台28A上的标本W上激励荧光染料，并且在成像部分22上形成荧光；作为成像部分22的一种形式的CCD 22A，用于从固定在载物台28A的标本W电读取经二维排列像素、通过光学系统10的入射荧光；以及CCD控制电路22B，用于执行CCD 22A的驱动控制。载物台升降器30A是高度调节部分30的一个形式，包括例如步进电动机30a和用于控制该步进电机30a上下移动的电机控制部分30b。步进电机30a在作为光轴方向的z轴方向上移动载物台28A，并且在作为垂直于光轴方向的平面的X和Y方向上移动载物台28A。
荧光显微镜包括作为用于控制器成像系统66的控制系统64的如下部件：I/F部分68；存储器部分34；显示部分24；操作部分70；以及控制部分26。I/F部分68通过通信装置把携带数据的电信号传递到成像系统66。存储器部分34保持由成像部分22电读取的图像数据。显示部分24显示摄取的图像、合成的图像或各种设置。操作部分70根据显示在显示部分24上的屏幕执行例如输入和设置的操作。控制部分26根据设置在操作部分70上的条件控制成像系统66以便执行成像，并合成获取的图像数据来产生3D图像或执行例如图象处理的各种处理。可以包括成像系统66和控制系统64，以便单独在荧光显微镜中完成操作。或者，如图4所示，可将外部连接装置58例如计算机58A连接到荧光显微镜200，荧光显微镜200可以操作成像系统，而外部连接装置58可以操作控制系统。成像系统的部件与控制系统的部件没有严格区别；例如，存储器部分可包括在成像系统中，或者CCD控制电路或电机控制部分可包括在控制系统中。
将操作部分70有线或无线地连接到荧光显微镜或荧光显微镜系统的计算机，或被固定到计算机。通常的操作部分的例子包括例如：鼠标、键盘、和各种指针设备，例如浮动块、指点杆(TrackPoint)、图形输入板、操纵杆、控制台、转点通(滚轮)、数字化仪、光笔、视野键盘板(ken-key pad)、触控板和实地取点器(Acupoint)。这些操作部分可用于荧光显微镜图像显示程序的操作以及荧光显微镜及其外围设备的操作。用于提供接口屏幕(interface screen)的显示器可以包括触屏或触板，以使用户用手指直接触摸屏幕来输入数据或操作系统。也可以使用语音输入装置或其它现有的输入装置，或与上述装置结合使用。在图8的实例中，操作部分70包括鼠标(参考图2)。鼠标的使用使得滑块32A的操作作为高度规定部分32的操作，或聚焦在图像上的操作以及其它操作。以此方式，通过把操作菜单与图像一起显示在显示部分24上、并且选择操作选项并操作屏幕上的功能，则用户将有可能正确地掌握操作细节和状态而没有操作错误，因此提供了一个实在和容易的操作系统。
(叠合功能)
包括三维信息的立体图像(叠合图像)，能够在由荧光显微镜在光轴中移动标本、即改变标本的高度时，通过摄取多个图像并且随后合成这些图像而被获得。由于叠合图像在光轴中具有深度，所以用户能够观测标本W的表面条件。尤其在多色荧光观测中，能够立体地观测荧光染料的明确位置等，以便得到一个深度。从屏幕获得具有高度方向信息的立体图像，所述屏幕的示例在图7中示出。如图7所示，用户判定将被观测的图像的位置(视野)，然后通过高度规定部分32指定移动范围和移动宽度。如果细致地设置移动宽度，则能够合成详细的叠合图像，但直至能够获取叠合图像所需要的处理时间将被拖长。而且，如果粗略设置移动宽度，则能够在短时间内合成叠合图像，但叠合图像也变得粗略。因此，用户必须根据用途和要求来设置最佳条件。由能够连续指定高度的滑块32A构成图5中的高度规定部分32，并且用户因此能够容易地直观地指定高度。在利用滑块32A的同时，通过使用上高度和下高度来指定移动范围，并且用户也能指定高度方向上表示移动间距的移动间隔。例如，高度上限是由通过鼠标等把滑块32A上移到高度移动范围的上限、然后点击鼠标按钮所决定的。类似地决定高度的下限以及决定移动的宽度。可以构建系统使得这些值被直接作为数值输入。而且，由于在调整滑块32A时显示在图像显示区G中的图像也被设置为相应高度，所以用户能够指定高度的上限和下限，同时使之与会聚程度一致。此外，除了对高度的上限和下限的指示之外，可以运用在垂直方向中指示图像的中心位置的方法或指定所得图像页面数量的方法。当在以这种方式确定高度条件之后用户按下叠合起动按钮时，成像被启动，同时使标本在高度方向中移动以便保持设置的移动宽度，随后把每一高度摄取的图像保持在存储器部分34中。然后，当成像结束时，根据获得的图像数据合成具有高度信息的立体图像。此立体图像能够被立体地显示为具有深度的图像，或用户对在图像上的视点能够通过旋转立体图像等而改变。结果是，用户能够不是平面地而是立体地观测荧光染料的位置，并且用户还能够掌握标本的表面条件。
本发明的荧光显微镜、使用荧光显微镜系统的显示方法和计算机可读介质适用于例如荧光抗体的检测，其中使得病人的血清和细胞核互相起反应，随后添加荧光指示剂，并且在荧光显微镜上观测抗核抗体，且根据抗核抗体的荧光来确定抗体是阴性还是阳性的。

Claims (18)

1.一种荧光显微镜，包括：
多个滤光器组，每一个滤光器组包括作为光学系统的光学部件的预定激发滤光器、分色镜和吸收滤光器的不同组合；
滤光器切换部分，用于以预定的定时切换滤光器组；
切换设置部分，用于设置滤光器切换部分切换滤光器组的定时；
成像部分，通过使用由滤光器切换部分设置在光学系统的光路上的滤光器组来摄取作为观测目标的标本的图像；
具有多个图像显示区的显示部分，在图像显示区上分别显示由成像部分摄取的图像；和
控制部分，用于产生通过叠加由成像部分摄取的图像而形成的叠加的图像；
其中通过使用所述滤光器组的任一个摄取的图像被显示在所述图像显示区的至少之一中，并且通过叠加由各滤光器组摄取的图像而形成的叠加图像被显示在这些图像显示区的另一个中。
2.权利要求1的荧光显微镜，其中
成像部分经过每个滤光器组与定时同步地摄取图像，然后摄取的图像被自动地更新并且显示在图像显示区中，所述定时是由切换设置部分设置的、并且滤光器切换部分以该定时切换滤光器组。
3.权利要求1的荧光显微镜，还包括：
标本装载部分，用于在其上放置标本；
高度调节部分，用于在光轴方向中改变在标本装载部分和光学系统之间的距离；
高度规定部分，用于在高度调节部分改变距离时，按照应用的条件指定移动范围和移动宽度；
存储器部分，用于把成像部分摄取的图像与在光轴方向中的每一预定位置的位置信息储存在一起；和
控制部分，用于根据位置信息合成存储在存储器部分中的多个图像，以便产生具有三维信息的叠合图像；
其中，在由高度规定部分指定的条件下，在由高度调节部分在光轴方向改变标本装载部分和光学系统之间的距离的同时，由成像部分摄取在不同位置的图像，并且随后把控制部分基于摄取图像合成的叠合图像显示在显示部分上。
4.根据权利要求1的荧光显微镜，还包括：
增益控制部分，用于电控被感测标本的荧光量，使得由成像部分通过使用滤光器组摄取的图像的亮度超过预定值。
5.根据权利要求1的荧光显微镜，还包括：
速度控制部分，用于控制显示在显示部分上的图像的更新速度。
6.根据权利要求1的荧光显微镜，还包括：
布局部分，用于把其上显示由使用预定滤光器组摄取的图像的区域分配到图像显示区的期望的区域。
7.根据权利要求1的荧光显微镜，还包括：
滤光器组选择部分，用于从多个滤光器组中选择一个滤光器组，该被选择的滤光器组用于将要被显示在显示部分上的每一个图像显示区中的图像。
8.根据权利要求1的荧光显微镜，还包括：
图像调节部分，用于控制位置、高度和应用到卷动的放大率的图像控制参数的至少任意之一，以便控制在显示部分上的图像显示。
9.根据权利要求1的荧光显微镜，其中多个滤光器组的每一个都包括对应于分别引进到标本中的多个类型的荧光染料的任意荧光彩色的单色滤光器组。
10.根据权利要求1的荧光显微镜，还包括：
彩色校正部分，用于调整通过使用具体滤光器组获取的信号的强度。
11.根据权利要求1的荧光显微镜，其中指示当前操作状态的标识符被显示在每一图像显示区中。
12.根据权利要求1的荧光显微镜，其中标本装载部分和光学系统的光路被放置在遮蔽干扰光的暗房空间中。
13.根据权利要求1的荧光显微镜，其中成像部分包括二维排列的光接收单元。
14.根据权利要求1的荧光显微镜，其中用于激励包含在标本中的荧光物质的激发光源是由紫外发光二极管组成。
15.一种荧光显微镜，包括：
作为光学系统的光学部件的激发滤光器、分色镜以及吸收滤光器；
激发光源；
物镜；
成像透镜；
成像部分；和
具有多个图像显示区的显示部分，在图像显示区上分别显示由成像部分摄取的图像；
其中可分别切换地提供多组激发滤光器、分色镜和吸收滤光器，
响应将被进行观测的期望的激发光而选择和切换激发滤光器、分色镜以及吸收滤光器的对应的组合，并且随后通过成像部分摄取图像，
按每个不同激发光而自动地改变和顺序地切换激发滤光器、分色镜和吸收滤光器的对应的组合，并且随后在显示部分的多个图像显示区中分别地显示摄取的图像，并且
在图像显示区的至少一个区域中显示通过叠加由使用任意滤光器组摄取的图像而形成的叠加图像。
16.一种荧光显微镜，包括：
多个滤光器组，每一个滤光器组包括作为光学系统的光学部件的预定激发滤光器、分色镜和吸收滤光器的不同组合；
滤光器切换部分，用于以预定的定时切换滤光器组；
切换设置部分，用于设置滤光器切换部分切换滤光器组的定时；
成像部分，通过使用由滤光器切换部分设置在光学系统的光路上的滤光器组来摄取作为观测目标的标本的图像；
控制部分，用于产生通过叠加由成像部分摄取的图像而形成的叠加的图像；
其中所述的成像部分经过每个滤光器组与定时同步地摄取图像，所述定时是由切换设置部分设置的并且滤光器切换部分以该定时切换滤光器组，以便产生由每一个滤光器组摄取的图像，随后顺序地产生通过叠加由使用多个滤光器组摄取的图像形成的叠加图像。
17.一种使用荧光显微镜系统的观测方法，通过把具有不同荧光彩色的多个荧光染料引入到标本中、随后由一激发光激发荧光染料来执行多色荧光观测、以便观测荧光，该方法包括步骤：
根据荧光染料从包括作为光学系统的光学部件的激发滤光器、分色镜和吸收滤光器的组合的多个不同类型的滤光器组中选择一个滤光器组，并且在显示部分上的多个图像显示区的预定的指定图像显示区中显示由成像部分通过使用选择的滤光器组摄取的图像；以及
通过使用由滤光器切换部分切换的另一滤光器组拍摄图像，并且在另一指定的图像显示区中显示图像，并且还产生已经摄取的图像被叠加新摄取的图像的叠加图像，然后在预定叠加图像显示区中显示叠加的图像；
其中，通过重复叠加图像的显示步骤顺序地更新显示在图像显示区和叠加图像显示区中的图像，以使通过使用每一个滤光器组摄取的单色图像和叠加图像被几乎实时地同时观测。
18.权利要求17所述的使用荧光显微镜系统的观测方法，该方法包括步骤：
判定观测目标的视野，并且设置移动范围和移动宽度，按此移动范围和移动宽度改变其上装载标本(W)的标本装载部分和光学系统之间在光轴方向中的距离；
根据所述设置改变在光轴中的每一移动宽度的距离；以及
把叠加的图像连同在光轴方向中的位置信息一起存储在存储器部分中。
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