JP2003050360A - 顕微鏡用画像入力装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 改良された顕微鏡用画像入力装置を提供する
こと。 【解決手段】 ステージ１２と、対物レンズ２と、ステ
ージまたは対物レンズを対物レンズの光軸方向に移動さ
せる駆動手段（９、１０）と、前記駆動手段を制御する
第１の駆動手段制御部１１とを備えた顕微鏡に適用され
る顕微鏡用画像入力装置において、前記対物レンズを通
して得られた画像を検出する画像検出回路４と、試料の
一次元画像、二次元画像又は三次元画像を構築する画像
取得制御回路６と、前記画像取得制御回路から制御信号
を入力して前記駆動手段を制御する第２の駆動手段制御
部７と、前記第１と第２の駆動手段制御部からの制御信
号を選択的に前記駆動手段へ供給するための信号切換回
路８とを備え、前記画像検出回路が画像データを取り込
む時は、前記信号切換回路により、前記第２の駆動手段
制御部からの制御信号が前記駆動手段に供給される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、顕微鏡を使用して
試料の画像を取得する顕微鏡用画像入力装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、顕微鏡に画像取得装置を装着し、
ステージを上下動させながら試料の画像情報を取得する
場合には、例えば特開２０００−１８７１６４号公報に
記載されているように、顕微鏡の焦準ハンドルにステッ
ピングモーターを連結させ、そのステッピングモーター
を画像取得装置によって制御する方法が用いられてい
る。更に、例えば特開２０００−７５２１４号公報のよ
うに焦準部も含めた顕微鏡本体の電動化も進んでいる。

【０００３】しかし、上記の各顕微鏡においては、顕微
鏡の焦準ハンドルを回転させることでステージを上下動
させる機構では、焦準ハンドルとステージとの間に複数
のギヤを介してステージの移動速度を減速しているため
にバックラッシュが大きくなる。従って、焦準ハンドル
の送り量に対するステージの移動量誤差が大きくなって
しまうという問題を有する。また、焦準ハンドル自体も
大きな慣性を持っているので、ステッピングモーターで
ステージを動かす場合に、急な加速や減速ができず、ス
テージ制御の応答性が悪いという問題もある。

【０００４】上記の顕微鏡焦準機構の問題点を解消する
ために、特開平９−２１１３３５号公報では、ステッピ
ングモーター軸にボールネジ軸を連結させ、ボールネジ
を回転させることによってステージを上下動させる機構
が提案されている。

【０００５】また、上記のように電動化された顕微鏡で
は、電動化のアクチュエータ、アクチュエータを駆動す
るドライバ、アクチュエータの動きを制御するコントロ
ーラまで顕微鏡に含まれているため、この顕微鏡を例え
ばパーソナルコンピューターのような外部装置から制御
する場合には、顕微鏡と外部装置との間に通信回線を用
いて制御することになる。このようなシステムとして、
例えば、特開平１１−１３３３１１号公報では電動化さ
れた顕微鏡を遠隔操作するシステムが提案されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の電
動化された顕微鏡では、その本体に焦準部を駆動するモ
ーターを内蔵することにより、ステージの上下動の分解
能、停止精度、更に応答性も向上している。しかし、遠
隔操作を行う場合には、外部装置との間に通信回線が必
要になることによって、例えば、走査型レーザー顕微鏡
システムのように、顕微鏡に画像取得装置を取り付け、
対物レンズの光軸に垂直な面または線の画像を取得しな
がらステージを対物レンズの光軸方向に移動させること
で試料の２次元または３次元画像を取得する装置に使用
する場合には次のような問題が生じる。すなわち、通信
回線を使用したステージの上下動の制御では応答速度が
遅くなり、対物レンズの光軸に垂直な面または線の画像
データを取得するタイミングと同期がとれなくなること
から、画像取得時間が必要以上に長くなるという問題
や、取得した画像に歪みが出てしまうという問題があ
る。

【０００７】本発明は、改良された顕微鏡用画像入力装
置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記の課題を
解決するために次のような手段を講じた。

【０００９】

【発明の実施の形態】図面を参照して本発明の実施の形
態を説明する。 （第１の実施形態）本発明の第１の実施形態に係る画像
入力装置を図１を参照して説明する。図１は本発明の第
１の実施形態に係る画像入力装置を顕微鏡に適用した場
合の概略構成図である。

【００１０】観察対象となる試料１の画像は、通常の顕
微鏡と同様に対物レンズ２、接眼レンズ３を通して観察
者の目で観察できるようになっている。また、対物レン
ズ２を通った画像は、顕微鏡５に取り付けられた画像検
出回路４にも導かれており、画像検出回路４で、例え
ば、ＰＤ（ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）、ＰＭＴ（ｐｈｏ
ｔｏ ｍｕｌｔｉｐｌｉｅｒ）、ＣＣＤ（ｃｈａｒｇｅ
−Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等によって光電変換
されて、電気信号として検出される。

【００１１】画像取得制御回路６は、詳細は後述するよ
うに、画像検出回路４からの電気信号を受け取り、１次
元、２次元、３次元画像として蓄積したり、画像の時間
的変化を測定したり、蓄積した画像データにフィルタ演
算を施したり、またそれらの結果を図示しない表示部に
出力し表示するなど、様々な画像解析の制御ができるよ
うに構成されている。

【００１２】また、顕微鏡５には、ステージ１２を上下
動させるモーター９と、モーター９を駆動するための駆
動電力（駆動電流）を供給するモータードライバ１０
と、モータードライバ１０の駆動を制御する第１のモー
ターコントローラ１１を内蔵している。モーター９は、
ステージ１２または対物レンズ２を対物レンズ２の光軸
方向に上下動させる。第１のモーターコントローラ１１
と第２のモーターコントローラ７の信号は、信号切換回
路８で選択的に切り換えられて、モータードライバ１０
に供給されて、モーター９の回転速度、回転方向、回転
量を制御する。なお、信号切換回路８における信号の切
換は、画像取得制御回路６からの信号に基づいて行われ
る。

【００１３】試料１に対する焦点調整は、顛微鏡５の内
部に設けられたモーター９を回転させることにより、試
料１を載置するステージ１２を対物レンズ２の光軸方向
に上下動させることによって行われる。

【００１４】なお、モーター９の駆動力をステージ１２
上下動に伝える機構は、図示しない、例えば、特開平９
−２１１３３５号公報で提案されているような機構を採
用する。すなわち、モーター９の軸にボールネジが連結
されていて、ボールネジには転がり接触でかつ常に一定
方向から力が加わるようにナットが取り付けられてい
る。なお、ナットにはステージ１２が連結されている。
そして、モーター９が回転することでナットが上下動す
ることにより、ナットと連結されたステージ１２も上下
動する。従って、本機構によれば、モーター軸が回転す
るときの惰性も小さく、かつギヤの連結によるバックラ
ッシュも小さい。

【００１５】まず、観察者が接眼レンズ３を通して試料
１の画像を観察しながら試料１への焦点調節を行う場合
には、信号切換回路８は、画像取得制御回路６からの制
御信号に従って、第１のモーターコントローラ１１とモ
ータードライバ１０とを接続するように動作する（図１
のＢ接点側）。そして、操作部１３（例えば、ＪＯＧエ
ンコーダ）を操作すると、操作部１３からの信号が第１
のモーターコントローラ１１に送られる。第１のモータ
ーコントローラ１１は、その信号に基づいてモーター９
の回転方向、回転速度、回転量を演算し、その結果に応
じた制御信号をモータードライバ１０に送る。モーター
ドライバ１０は、受け取った制御信号に基づいてモータ
ー９を駆動する。このようにして、ステージ１２が上下
動して、対物レンズ２と試料１との間隔を観察者の所望
の位置に制御し焦点調整ができる。

【００１６】一方、試料１の１次元、２次元、３次元画
像として蓄積したり、画像の時間的変化を測虚したりす
る場合には、画像取得制御回路６は、第２のモーターコ
ントローラ７とモータードライバ１０とが接続されるよ
うに、信号切換回路８に制御信号を送る（図１Ａ接点
側）。そして、例えば、試料１の３次元画像を蓄積する
場合には、試料１における対物レンズ２の光軸に垂直な
平面（本明細書では、「ＸＹ平面」と称する）の画像デ
ータを画像検出回路４から取得しながら、第２のモータ
ーコントローラ７へ制御信号を送り、試料１と対物レン
ズ２との間隔（ｚ方向とする）を所定量ずつ変化させる
ように制御を行う。

【００１７】以下、本実施形態に係る画像入力装置を走
査型レーザー顕微鏡装置に適用した場合について図２を
参照してその動作を説明する。

【００１８】走査型レーザー顕微鏡装置は、試料１の１
点にレーザーを照射し、試料１から発せられた蛍光をＰ
ＭＴなどのフォトデイテクタで検出する装置であり、試
料１へレーザーを照射する位置は、ガルバノメータ等の
スキャナーによって制御できるようになっている。例え
ば、試料１の対物レンズ２の光軸に垂直な面（ＸＹ平
面）を走査する場合、図２に示すようにまずの位置か
らＸ方向走査１ライン目の実線矢印方向にレーザーを照
射しながら走査して蛍光を検出する。次に、の位置か
ら点線矢印方向に、走査位置をＸ軸方向における走査方
向と逆方向に戻しながらＹ軸方向も所定量移動させる。
そして、の位置からＸ方向走査２ライン目の実線矢印
方向にレーザーを照射しながら走査して蛍光を検出す
る。この動作を繰り返すことで、２次元の画像データを
取得する。

【００１９】同様にして、ＸＹＺの３軸方向の制御を１
つの制御回路により行うことにより、対物レンズ２の光
軸を含む面、例えばＸＺ平面（又はＹＺ平面）の画像を
取得する場合にも、まず、Ｘ方向（Ｙ方向）に走査を行
い、走査位置をＸ方向（Ｙ方向）における走査方向と逆
方向に戻しながらｚ軸を所定量移動させるという走査が
できる。

【００２０】なお、ＸＹＺのうちいずれか２軸方向だけ
ではなく、本実施形態にかかる装置では、ＸＹＺの３軸
を同時に制御できるので、試料１のＸＹＺ方向に係る３
次元空間の任意の面を走査する場合にも適用できる。

【００２１】例えば、以下のような動作により、試料１
の３次元画像データを取得する場合も同様に行うことが
できる。例えば、図２のようにまずの位置からＸ方向
走査１ライン日の実線矢印方向にレーザーを照射しなが
ら走査して蛍光を検出する。次に、の位置から点線矢
印方向に、走査位置をＸ軸方向における走査方向と逆方
向に戻しながらＹ軸方向も所定量移動させる。そして、
の位置からＸ方向走査２ライン目の実線矢印方向にレ
ーザーを照射しながら走査して蛍光を検出する。そし
て、この動作を繰り返すことで、２次元の画像データを
取得する。次に、対物レンズ２の光軸方向（ｚ方向）に
所定量だけ移動させ、レーザー照射位置をの位置から
の位置へ戻し、の位置から同様にして２次元の画像
データを取得する。この２次元の画像データを取得する
動作を繰り返すことで３次元画像データを構築する。こ
の時にも、ＸＹ平面上のレーザー照射位置をからに
戻すタイミングに同期してＺ方向も移動させることで、
画像取得動作における無駄な時間を省くことができる。

【００２２】このように、試料１の３次元画像を取得す
る場合にも、１つの制御回路（画像取得制御回路６）
で、ＸＹＺの３方向の制御を行うことで、ＸＹ平面の画
像を取り込んでから、Ｚ方向に走査位置を動かすまでの
遅延時間も無くなる。また、ＸＹＺの３軸のうち、複数
の軸を同時に動かしながら画像を取得するような場合に
も、それぞれの軸を同期をとって制御できる。

【００２３】上記のように、本実施形態によれば、試料
１の１次元、２次元、３次元どの画像データを取得する
場合でも、必要最小限の時間で、かつ他の装置との同期
をとった画像取得ができるので、例えば、試料１に対す
る刺激に対しての試料１の時間的変化画像を取得するよ
うな場合にも適用できる。

【００２４】（第２実施例）本発明の第２の実施形態に
係る画像入力装置を図３を参照して説明する。図３は本
発明の第２の実施形態に係る画像入力装置を顕微鏡に適
用した場合の概略構成図である。なお、図３において、
図１と同じ部分には、同じ符号を付し、詳細な説明は省
略する。

【００２５】本第２の実施形態においては、信号切換回
路８への接続関係が第１の実施形態と異なっている。

【００２６】本第２の実施形態において、観察者が接眼
レンズ３を通して試料１の画像を観察しながら試料１へ
の焦点調節を行う場合には、画像取得制御回路６からの
制御信号により信号切換回路８は、操作部１３からの信
号が第１のモーターコントローラに入力する（図３Ａ端
子側）。従って、第１の実施形態と同様にして、対物レ
ンズ２と試料１との間隔を観察者の所望の位置に制御し
焦点調整ができる。

【００２７】次に、試料１の１次元、２次元、３次元画
像として蓄積したり、画像の時間的変化を測定したりす
る場合には、第２のモーターコントローラ７からの信号
が第１のモーターコントローラに入力するように、信号
切換回路８が制御される（図３Ｂ端子側）。そして、例
えば、試料１の３次元画像を蓄積する場合には、試料１
の、対物レンズ２の光軸に垂直な平面（ＸＹ平面）の画
像データを画像検出回路４から取得しながら、第２のモ
ーターコントローラ７へ制御信号を送り、試料１と対物
レンズ２との間隔（Ｚ方向）を所定量ずつ変化させる制
御を行う。

【００２８】なお、本実施形態装置を走査型レーザー顕
微鏡装置に適用した場合については第１実施例と同様で
あるので、図示及び説明を省略する。

【００２９】本発明は、上記の発明の実施の形態に限定
されるものではない。上記の実施形態においては、ステ
ージ１２のみを上下動させる場合について説明したが、
対物レンズも駆動させて良いことは勿論である。更に、
本発明の要旨を変更しない範囲で種々変形して実施でき
るのは勿論である。

【００３０】

【発明の効果】本発明によれば次のような効果が得られ
る。試料の３次元画像を取得する場合にも、１つの制御
回路（画像取得制御回路）で、ＸＹＺの３方向に係る制
御を行うことで、ＸＹ平面の画像を取り込んでから、Ｚ
を動かすまでの遅延時間も無くなる。更に、ＸＹＺの３
軸のうち、複数の軸を同時に動かしながら画像を取得す
るような場合にも、それぞれの軸を同期をとって制御で
きる。

【００３１】また、上記のように、試料の１次元、２次
元、３次元との画像データを取得する場合でも、必要最
小限の時間で、かつ他の装置との同期をとった画像取得
ができるので、例えば、試料に対する刺激に対しての試
料の時間的変化画像を取得するような場合にも適用でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施形態に係る画像入力装置
を顕微鏡に適用した場合の概略構成図。

【図２】 本実施形態に係る画像入力装置を走査型レー
ザー顕微鏡装置に適用した場合の動作の説明図。

【図３】 本発明の第２の実施形態に係る画像入力装置
を顕微鏡に適用した場合の概略構成図。

【符号の説明】

１…試料 ２…対物レンズ ３…接眼レンズ ４…画像検出回路 ５…顕微鏡 ６…画像取得制御回路 ７…第２のモーターコントローラ ８…信号切換回路 ９‥モーター １０…モータードライバ １１…第１のモーターコントローラ １２…ステージ １３…操作部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ステージと、対物レンズと、前記ステー
   ジまたは前記対物レンズを前記対物レンズの光軸方向に
   移動させるための駆動手段と、前記駆動手段の駆動速
   度、駆動方向、駆動量を制御する第１の駆動手段制御部
   とを備えた顕微鏡に適用される顕微鏡用画像入力装置に
   おいて、 前記対物レンズを通して得られた画像を検出する画像検
   出回路と、 前記画像検出回路からの画像データを取り込みながら、
   前記ステージまたは対物レンズを対物レンズの光軸方向
   に動かすことで、試料の一次元画像、二次元画像又は三
   次元画像を構築する画像取得制御回路と、 前記画像取得制御回路から制御信号を入力して前記駆動
   手段を制御する第２の駆動手段制御部と、 前記第１の駆動手段制御部と第２の駆動手段制御部から
   の制御信号を選択的に前記駆動手段へ供給するための信
   号切換回路とを備え、 前記画像検出回路が画像データを取り込む時は、前記信
   号切換回路により、前記第２の駆動手段制御部からの制
   御信号が前記駆動手段に供給されることを特徴とする顕
   微鏡用画像入力装置。
2. 【請求項２】 ステージと、対物レンズと、前記ステー
   ジまたは前記対物レンズを前記対物レンズの光軸方向に
   移動させるための駆動手段と、前記ステージまたは対物
   レンズの移動を指示する操作手段と、前記駆動手段の駆
   動速度、駆動方向、駆動量を制御する第１の駆動手段制
   御部と、を備えた顕微鏡に適用される顕微鏡用画像入力
   装置において、 前記対物レンズを通して得られた画像を検出する画像検
   出回路と、 前記画像検出回路からの画像データを取り込みながら、
   前記ステージまたは対物レンズを対物レンズの光軸方向
   に動かすことで、試料の一次元画像、二次元画像又は三
   次元画像を構築する画像取得制御回路と、 前記画像取得制御回路から制御信号を入力して前記駆動
   手段を制御する第２の駆動手段制御部と、 前記操作手段と第２の駆動手段制御部からの制御信号を
   選択的に前記第１の駆動手段制御部へ供給するための信
   号切換回路とを備え、 前記画像検出回路から画像データを取り込む時は、前記
   信号切換回路により、前記第２の駆動手段制御部からの
   信号が前記第１の駆動手段制御部に供給されることを特
   徴とする顕微鏡用画像入力装置。