JP2005037765A - 顕微鏡用撮像装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インターレーススキャン方式の撮像素子を有する顕微鏡用撮像装置であって構成部品を増やすことなく安価に短時間露光から長時間露光を行うことのできる装置を提供する。
【解決手段】 インターレース方式のＣＣＤを有する顕微鏡用撮像装置であって、メカシャッター８０４を有し、撮影条件に応じて、メカシャッター８０４と電子シャッターであるＣＣＤ８０１の素子内シャッターの動作を制御して露光を行うようにした顕微鏡用撮像装置である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡用撮像装置に関し、特に電子シャッターとメカシャッターを併用する顕微鏡用撮像装置のシャッター制御技術に関する。

従来、カメラの露光時間の制御は、シャッターを制御することにより行われている。
例えば、特許文献１には、電子シャッターである液晶シャッターとメカシャッターを備えた電子シャッター装置であって、短時間露光時には液晶シャッターを制御し長時間露光時にはメカシャッターを制御して露光時間を制御するようにした装置が提案されている。

また、特許文献２には、銀塩カメラ又は電子カメラが装着され、その装着されたカメラの特性に合わせてメカシャッターを制御し露光時間を制御するようにした顕微鏡用撮像装置が提案されている。この装置は、銀塩カメラが装着されているときには、撮影時のみ光路を開くように、レリーズボタンが押下された時に所望の露光時間メカシャッターを開閉するよう制御し、また電子カメラが装着されているときには、撮影時以外も光路を開いてライブ表示を可能とし、また撮影時にはレリーズボタンの押下に応じて所望の露光時間メカシャッターを閉じるように制御するものである。
特開平５−１２７２１９号公報 特開平１１−９５１２７号公報

ところで、顕微鏡用撮像装置において短時間露光から長時間露光を行う場合について考えると、前述の特許文献２に係る顕微鏡用撮像装置では、銀塩カメラ又は電子カメラが装着され撮影が行われるときには、何れの場合もメカシャッターが制御されて露光時間の制御が行われるために、メカシャッターの最速動作時間よりも短い露光時間に対応することができない。

また、顕微鏡用撮像装置に前述の特許文献１に係るシャッター装置の構成を適用して短時間露光から長時間露光を行う場合を考えると、この場合には、電子シャッターとして液晶シャッターを用いることになることから、撮像素子までの光学系中に液晶シャッターとメカシャッターを配置しなければならず、装置が大型化し、光学系の設計に影響を与えるほか高価になる等の問題があった。

また、顕微鏡用撮像装置を含む顕微鏡システムであって、ステージ上に載置されている試料に対向して対物レンズが配置され、その対物レンズを介した観察光軸上に結像レンズユニットを介して顕微鏡用撮像装置のレンズの無いカメラヘッドが配置され、そのカメラヘッドの内部において、入射した光線がメカシャッターを介してＣＣＤに入射するように構成されているものの場合、結像レンズユニットからカメラヘッドに入射する光線はほぼ平行のため、メカシャッターは、通常のレンズ付き電子カメラと比較して、ＣＣＤの開口部以上のより大きな遮光部が必要となる。そのため、顕微鏡用撮像装置のメカシャッターは、通常の電子カメラよりもメカシャッターの最速動作時間が長くなるという欠点があった。

本発明は、上記実情に鑑み、インターレーススキャン方式の撮像素子を有する顕微鏡用撮像装置であって、構成部品を増やすことなく安価に短時間露光から長時間露光を行うことのできる装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、インターレース方式の撮像素子を有する顕微鏡用撮像装置であって、メカシャッターを有し、撮影条件に応じて、電子シャッターである前記撮像素子の素子内シャッターと前記メカシャッターの動作を制御して露光を行う、顕微鏡用撮像装置である。

上記の構成によれば、撮影条件に応じてメカシャッターと電子シャッターの動作が制御されて露光が行われる。
本発明の第２の態様は、上記第１の態様において、前記撮影条件は、少なくとも露光時間、観察条件、及び合焦位置のコントラスト値のうちの何れか１つ又は複数である、構成である。

この構成によれば、露光時間、観察条件、及び合焦位置のコントラスト値のうちの何れか１つ又は複数に応じてメカシャッターと電子シャッターの動作が制御される。
本発明の第３の態様は、上記第２の態様において、前記露光時間と露光時間閾値との比較結果に応じて、前記電子シャッターと前記メカシャッターの動作により露光を行う、又は前記電子シャッターの動作により露光を行う、構成である。

この構成によれば、露光時間に応じて、メカシャッターと電子シャッターの動作が制御されて露光が行われる。
本発明の第４の態様は、上記第３の態様において、前記電子シャッターの動作により露光を行った後、前記メカシャッターを閉動作させ、前記メカシャッターが閉状態である時に前記露光により前記撮像素子に蓄積された電荷を検出する、構成である。

この構成によれば、メカシャッターが閉状態である時に撮像素子から電荷の読み出しが行われるようになるので、スミアを防止することができる。
本発明の第５の態様は、上記第２の態様において、前記観察条件である前記撮像素子の結像面への総合倍率と倍率閾値との比較結果に応じて、前記メカシャッターの動作により露光を行う、又は前記露光時間と露光時間閾値との比較結果に応じて前記電子シャッターと前記メカシャッターの動作により露光を行う或いは前記電子シャッターの動作により露光を行う、構成である。

この構成によれば、撮像素子の結像面への総合倍率、又はその総合倍率及び露光時間に応じて、メカシャッターと電子シャッターの動作が制御されて露光が行われる。
本発明の第６の態様は、上記第２の態様において、前記合焦位置のコントラスト値とコントラスト閾値との比較結果に応じて、前記メカシャッターの動作により露光を行う、又は前記露光時間と露光時間閾値との比較結果に応じて前記電子シャッターと前記メカシャッターの動作により露光を行う或いは前記電子シャッターの動作により露光を行う、構成である。

この構成によれば、合焦位置のコントラスト値、又はそのコントラスト値及び露光時間に応じて、メカシャッターと電子シャッターの動作が制御されて露光が行われる。
本発明の第７の態様は、上記第５又は第６の態様において、前記メカシャッターの動作により露光を行う場合に、露光時間が前記メカシャッターの対応可能な露光時間でないときは、前記メカシャッターの対応可能な露光時間になるように、自動的に前記総合倍率を低くする又は試料への光量を少なくする、構成である。

この構成によれば、メカシャッターの動作により露光を行う場合に、露光時間としてメカシャッターの対応できない露光時間が設定されて不適正な露光が行われるのを防止することができる。

本発明によれば、インターレーススキャン方式の撮像素子を有する顕微鏡用撮像装置において、構成部品を増やすことなく安価に短時間露光から長時間露光を行うことが可能になる。

以下、本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。

図１は、本発明の実施例１に係る顕微鏡用撮像装置が適用された顕微鏡システムの構成例を示した図である。
同図において、顕微鏡本体１には、ステージ２上に載置されている試料３に対向して対物レンズ４が配置されている。対物レンズ４を介した観察光軸上には、三眼鏡筒ユニット５を介して接眼レンズユニット６が配置されていると共に、結像レンズユニット７を介して電子カメラのカメラヘッド８０が配置され、そのカメラヘッド８０には、接続ケーブル８２を介して制御部８１が接続されている。このような構成の顕微鏡システムにおいて、接続ケーブル８２を介して接続されているカメラヘッド８０と制御部８１は、顕微鏡用撮像装置を構成している。

図２は、その顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。
同図において、カメラヘッド８０は、顕微鏡からの入射光を電気信号に変換する撮像素子であるインターレーススキャン方式のＣＣＤ８０１と、そのＣＣＤ８０１から出力されたアナログ電気信号をデジタル電気信号に変換するＡ／Ｄ変換器８０２と、ＣＣＤ８０１の駆動タイミングを発生するタイミングジェネレータ８０３と、メカシャッター８０４と、そのメカシャッター８０４を駆動するシャッタードライバ８０５等を有し、このカメラヘッド８０は接続ケーブル８２を介して制御部８１に接続されている。

制御部８１は、Ａ／Ｄ変換されたデジタル電気信号が記憶されるフレームメモリ８１１と、ホワイトバランス（以下「ＷＢ」という）演算，ブラックバランス（以下「ＢＢ」という）演算，γ補正等の各種処理を行う画像演算部８１２と、画像を表示するために画像データを蓄える表示用メモリ８１３と、その表示用メモリ８１３から得られた撮影情報を表示する表示部８１４と、撮影画像を記録するデータ記録部８１５と、フレームメモリ８１１と表示用メモリ８１３の書き込み／読み出しアドレスを制御するメモリコントローラ８１６と、そのメモリコントローラ８１６により指定された読み出しアドレスに応じて読み出された画像データから測光演算を行うＡＥ演算部８１７と、この顕微鏡用撮像装置全体を制御する制御部８１８と、観察者が撮影やカメラの諸設定を行う操作部８１９等を有する。

図３は、ＣＣＤ８０１の一部の構成を示した図である。
同図は、その一部の構成として、受光素子である６×４個のフォトダイオード８０１ａと、４つの垂直転送路８０１ｂと、１つの水平転送路８０１ｃと、１つの信号検出器８０１ｄ等を示している。また、同図において、ＯＤＤは奇数ラインを、ＥＶＥＮは偶数ラインを示し、ＴＧＡは奇数ライン用の電荷移送パルス信号を、ＴＧＢは偶数ライン用の電荷移送パルス信号を示している。

ＣＣＤ８０１は、前述のとおりインターレーススキャン方式のものであるので、１フィールドの全ラインの電気信号の取得は、１フィールドの奇数ライン（奇数フィールド）の電気信号と１フィールドの偶数ライン（偶数フィールド）の電気信号を取得することによって行われる。ここで、１フィールドの奇数ラインの電気信号の取得は、奇数ラインのフォトダイオード８０１ａで生じた電荷が電荷移送パルス信号ＴＧＡに同期して垂直転送路８０１ｂに移送され、その垂直転送路８０１ｂに移送された奇数ラインの電荷がＶ転送パルス信号ＶＣＣＤ（不図示）に同期して水平転送路８０１ｃへ順次転送されて信号検出器８０１ｄにより順次検出されることによって行われる。また、１フィールドの偶数ラインの電気信号の取得は、偶数ラインのフォトダイオード８０１ａで生じた電荷が電荷移送パルス信号ＴＧＢに同期して垂直転送路８０１ｂに移送され、以下奇数フィールドの電気信号の取得のときと同様にして、偶数ラインの電荷がＶ転送パルス信号ＶＣＣＤに同期して順次転送・検出されることによって行われる。

このような構成の顕微鏡システムにおいて、観察者は、顕微鏡本体１を操作して試料３を観察すると共に、必要に応じて操作部８１９を操作して画像を撮影する。観察及び撮影の際は観察者が観察画像及び撮影条件を確認しながら操作部８１９を操作することで撮影動作が行われるが、このときの撮影動作は次のようになる。

まず、タイミングジェネレータ８０３がＣＣＤ８０１の駆動タイミングを制御して撮像を行う。但し、このときは、露光時間の長さに応じてシャッタードライバ８０５により駆動されたメカシャッター８０４が動作することで露光が行われる。これによりＣＣＤ８０１により得られたアナログ電気信号は、Ａ／Ｄ変換器８０２によりアナログ／デジタル変換され、その結果得られたデジタル電気信号である画像データは接続ケーブル８２を介して制御部８１に送られ、フレームメモリ８１１に格納される。そして画像データがフレームメモリ８１１に格納されると同時に読み出され、画像演算部によりＷＢ演算，ＢＢ演算，γ補正演算が行われる。これらの各種演算が行われた画像データは表示用メモリ８１３に転送され、表示部８１４によってライブ画像が表示されるようになっている。

一方で、画像データがフレームメモリ８１１から表示用メモリ８１３へ転送される合間を利用して、画像データから撮影に関する諸情報の演算，取得が行われる。例えば、その合間である垂直同期信号のブランキング期間等を利用して、メモリコントローラ８１６によるアドレス制御により画像データがＡＥ演算部８１７に送られ、ＡＥ演算部８１７によって、予め設定されたＡＥ演算領域の画像データを用いてその領域内の輝度データの総和等により最適となる露光時間ｔの算出が行われる。

このようにして露光時間ｔの算出等、撮影に関する諸情報の演算，取得が行われると、その算出された露光時間ｔに応じて、シャッターモードの選択が行われる。
本実施例では、使用されているメカシャッターの動作速度を基に、予めメカシャッターの最速動作時間よりも十分に長い時間を露光時間閾値Ｔth として定めておき、その露光時間閾値Ｔthと前述の算出された露光時間ｔとを比較し、露光時間ｔが露光時間閾値Ｔth 以上（ｔ≧Ｔth ）である場合には長時間露光用シャッターモードが選択され、露光時間ｔが露光時間閾値Ｔth 未満（ｔ＜Ｔth ）である場合には短時間露光用シャッターモードが選択されるようになっている。すなわち、算出された露光時間ｔがメカシャッターの最速動作時間よりも十分に長い場合には長時間用露光用シャッターモードが選択され、それ以外の場合には短時間露光用シャッターモードが選択されるようになっている。

尚、露光時間閾値Ｔth を、メカシャッターの最速動作時間よりも十分に長い時間に定めたのは、仮に露光時間閾値Ｔth をメカシャッターの最速動作時間に近い値に定めてしまうと、メカシャッターのシャッター羽根の動きが画像に写り込む虞があるからである。
続いて、これらの各シャッターモードが選択された後の撮影動作について図４及び図５を参照しながら説明する。

図４は、長時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作を示すタイミングチャート、図５は、短時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作を示すタイミングチャートである。
両図において、１フレーム同期信号ＶＤはＣＣＤ８０１の１フィールドの電気信号を取得する際の同期信号である。また１ライン同期信号ＨＤはＣＣＤ８０１の１ラインの電気信号を取得する際の同期信号である。また電荷移送パルスＴＧＡはＣＣＤ８０１の奇数ラインのフォトダイオード８０１ａで生じた電荷を垂直転送路８０１ｂへ移送させる際の同期信号である。また電荷移送パルスＴＧＢはＣＣＤ８０１の偶数ラインのフォトダイオード８０１ａで生じた電荷を垂直転送路８０１ｂへ移送させる際の同期信号である。またＶ転送パルスＶＣＣＤは垂直転送路８０１ｂへ移送された電荷を水平転送路８０１ｃへ移送させる際の同期信号である。また素子内シャッターＶＳＵＢは電子シャッターであるＣＣＤ８０１の素子内シャッター（以下単に「電子シャッター」という）を開又は閉にさせる制御信号である。またメカシャッター制御信号はメカシャッター８０４を開又は閉にさせる制御信号である。またメカシャッター動作はメカシャッター制御信号に応じて行われるメカシャッター８０４の開閉動作を示している。また信号出力ＳＩＧはＣＣＤ８０１で取得された電気信号（アナログ電気信号）を示している。またフレームメモリ記録動作は取得されたアナログ電気信号に基づくデジタル電気信号のフレームメモリ８１１への記録動作を示している。

図４に示したように、長時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作は次のようになる。
まず、前述のＡＥ演算部８１７により算出された露光時間ｔ（同図の「露光時間Ａ」）の露光が行われる。この露光時間Ａは、素子内シャッターＶＳＵＢとして電子シャッターを開にさせる制御信号が生じた時から、メカシャッター制御信号としてメカシャッター８０４を閉にさせる制御信号が生じた時までの期間で決定される。このように電子シャッターとメカシャッター８０４の動作により露光が行われ、ＣＣＤ８０１には露光時間Ａに応じた電荷が生じる。

続いて、奇数フィールドの電荷の読み出し及び記録が行われる。この読み出し及び記録では、電荷移送パルスＴＧＡに同期してＣＣＤ８０１の奇数ラインのフォトダイオード８０１ａで生じた電荷が垂直転送路８０１ｂへ移送され、その移送された電荷がＶ転送パルスＶＣＣＤに同期して水平転送路８０１ｃへ順次移送され、信号検出器８０１ｄにより信号出力ＳＩＧ（アナログ電気信号）として順次検出・出力され（同図のＡ／ＯＤＤ）、その信号出力ＳＩＧに基づく信号（デジタル電気信号）がフレームメモリ８１１へ順次記録される（同図のメモリ記録ＯＤＤ）。尚、この時点では、偶数フィールドの電荷はフォトダイオード８０１ａに保持されたままである。

続いて、偶数フィールドの電荷の読み出し及び記録が行われる。この読み出し及び記録では、電荷移送パルスＴＧＢに同期してＣＣＤ８０１の偶数ラインのフォトダイオード８０１ａで生じた電荷が垂直転送路８０１ｂへ移送され、その移送された電荷がＶ転送パルスＶＣＣＤに同期して水平転送路８０１ｃへ順次移送され、信号検出器８０１ｄにより信号出力ＳＩＧ（アナログ電気信号）として順次検出・出力され（同図のＡ／ＥＶＥＮ）、その信号出力ＳＩＧに基づく信号（デジタル電気信号）がフレームメモリ８１１へ順次記録される（同図のメモリ記録ＥＶＥＮ）。

このように、奇数フィールドの電気信号と偶数フィールドの電気信号を記録することにより、画像データである１フィールドの全ラインの電気信号の記録が終了する。
尚、本例では、スミア防止の観点から、前述の奇数フィールドの電荷の読み出し及び偶数フィールドの電荷の読み出しが開始される前の所定期間、Ｖ転送パルスＶＣＣＤとして高速パルスを発生させ、ＣＣＤ８０１の垂直転送路の不要電荷を排出するようにしている。

１フィールドの全ラインの電気信号の記録が終了した後は、メカシャッター制御信号としてメカシャッター８０４を開にさせる信号によりメカシャッター８０４が再び開放されライブ画像表示に復帰する。また、フレームメモリ８１１へ記録された画像データは、画像演算部８１２により所定の演算処理が行われた後、データ記録部８１５に記録され、撮影動作が終了する。

一方、図５に示したように、短時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作は次のようになる。
短時間露光用シャッターモードの場合、前述のＡＥ演算部８１７により算出された露光時間ｔ（同図の「露光時間Ｂ」）の露光が、奇数フィールド用と偶数フィールド用に２回行われる。

まず、奇数フィールド用の露光時間Ｂの露光が行われる。この露光時間Ｂは、素子内シャッターＶＳＵＢとして電子シャッターを開にさせる制御信号が生じた時から、電荷移送パルス信号ＴＧＡとして電荷を垂直転送路８０１ｂへ移送させる際の信号が生じた時までの期間で決定される。このように電子シャッターの動作により露光が行われ、ＣＣＤ８０１には露光時間Ｂに応じた電荷が生じる。

この奇数フィールド用の露光時間Ｂの露光が終了すると、続いて、前述と同様にして、奇数フィールドの電荷の読み出し及び記録が行われる。
また、本例では、この奇数フィールドの電荷の読み出し及び記録が行われた後に直ぐに偶数フィールド用の電荷の読み出し及び記録ができるように、奇数フィールド用の電荷の読み出し及び記録が行われている途中で、偶数フィールド用の露光時間Ｂの露光が行われる。この露光時間Ｂは、素子内シャッターＶＳＵＢとして電子シャッターを開にさせる制御信号が生じた時から、電荷移送パルス信号ＴＧＢとして電荷を垂直転送路８０１ｂへ移送させる際の信号が生じた時までの期間で決定される。このように電子シャッターの動作により露光が行われ、ＣＣＤ８０１には露光時間Ｂに応じた電荷が生じる。

この偶数フィールド用の露光時間Ｂの露光が終了すると、前述の同様にして、偶数フィールドの電荷の読み出し及び記録が行われる。
このように、奇数フィールドの電気信号と偶数フィールドの電気信号を記録することにより、画像データである１フィールドの全ラインの電気信号の記録が終了する。

フレームメモリ８１１に記録された画像データは、画像演算部８１２により所定の演算処理が行われた後、データ記録部８１５に記録され、撮影動作が終了する。
尚、図５に示したように、短時間露光用シャッターモードが選択されたときには、奇数フィールド用と偶数フィールド用に異なるタイミングで２回の露光が行われることになるが、顕微鏡用途においては、ほとんどの場合、試料が動かない、或いは試料の動きが電子シャッターの動作間隔に比べて著しく遅いため、異なるタイミングで２回の露光を行ったとしても、各々のフィールドにずれが生じることはない。

以上、本実施例によれば、撮像素子として一般的に安価なインターレース方式のＣＣＤを採用し、また電子シャッターとしてそのＣＣＤの素子内シャッターを使用し、また撮影動作において、算出された露光時間ｔと露光時間閾値Ｔth との比較結果に応じて、メカシャッター８０４と電子シャッターの動作を制御して露光を行うようにしたことにより、構成部品を増やすことなく小型かつ安価に装置を構成することが可能になると共に、短時間露光から長時間露光に対応することができるので広範囲の明るさの試料の撮影を行うことが可能になる。

実施例１で述べたように、顕微鏡用途においては、ほとんどの場合、試料が動かない等の理由により、異なるタイミングで２回の露光を行ったとしても各々のフィールドにずれが生じることはないが、対物レンズの倍率が高倍率である場合等には、試料が動かないときであっても顕微鏡本体自体が作業机の振動の影響を受けてしまう虞がある。そこで、本実施例では、それを回避するようにしたものについて説明する。

本実施例に係る顕微鏡用撮像装置が適用された顕微鏡システムの構成は、図１に示したものと同じであるが、顕微鏡用撮像装置の構成は、図２に示したものと多少異なる。
図６は、本実施例に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。
同図に示したように、本実施例に係る顕微鏡用撮像装置は、前述の図２に示した顕微鏡用撮像装置とほぼ同じであるが、制御部８１が対物レンズ４や中間鏡筒の倍率等といった顕微鏡の観察条件を識別する顕微鏡情報識別部８２０を更に備えている点が異なる。

尚、この顕微鏡情報識別部８２０は、光学式或いは磁気式センサ、又は電気的接点による判別等により自動で観察条件を識別するものの他、観察者が操作部８１９を操作して設定した観察条件を識別するものとすることも可能である。また、観察者がそれを設定した場合には、現在設定されている情報を電源切断後も記憶しておくようにすることで、電源再投入時の設定を不要にすることも可能である。更に、対物レンズ倍率，中間鏡筒倍率以外の顕微鏡観察条件を切り換えるようにすることも可能である。

このような構成の顕微鏡システムにおいて、観察者が顕微鏡本体１を操作して試料３を観察し画像を撮影する操作については前述の実施例１と同じであるが、その操作によって行われる撮影動作は多少異なる。
本実施例に係る撮影動作では、操作部８１９の撮影ボタンが押下されると、制御部８１８は、顕微鏡情報識別部８２０により取得された現在の対物レンズ倍率Ｍob ，中間鏡筒倍率Ｍaux を読み出し、ＣＣＤ結像面への総合倍率Ｍcurrent ＝Ｍob ×Ｍaux を算出し、その算出した総合倍率Ｍcurrent に応じて以下のモードを選択する。

本実施例では、算出された総合倍率Ｍcurrent と予め定められている倍率閾値Ｍth を比較し、算出された総合倍率Ｍcurrent が、予め定められている倍率閾値Ｍth 未満（Ｍcurrent ＜Ｍth ）である場合、すなわち総合倍率Ｍcurrent が低い場合には、電子シャッターを使用したときでも作業机の振動等が撮影画像に影響を与える虞がないので、実施例１に係る撮影動作を行う電子シャッター／メカシャッター併用モードが選択される。一方、算出された総合倍率Ｍcurrent が、倍率閾値Ｍth 以上（Ｍcurrent ≧Ｍth ）である場合、すなわち総合倍率Ｍcurrent が高い場合には、電子シャッターを使用したときに作業机の振動等により奇数フィールドと偶数フィールドの合成画像にズレが生じる虞があるので、メカシャッター８０４のみを使用するメカシャッターモードが選択される。ここで、閾値Ｍth は、例えば、対物レンズ倍率Ｍob ×中間鏡筒倍率Ｍaux ＝４０倍等に定められる。

電子シャッター／メカシャッター併用モードが選択されたときの撮影動作は、前述の実施例１に係る撮影動作と同じになる。
一方、メカシャッターモードが選択されたときの撮影動作では、ＡＥ演算部８１７により算出された露光時間ｔの露光がメカシャッター８０４のみによって行われる。但し、算出された露光時間ｔが短いためにメカシャッター８０４の対応可能な露光時間になっていない場合には適正な撮影を行うことができないので、このような場合には撮影を禁止して表示部８１４に警告メッセージを表示し、観察者に警告を促すようにしている。これにより、警告メッセージを見た観察者は、算出される露光時間ｔがメカシャッター８０４の対応可能な露光時間になるように試料への光量を少なくする或いはＣＣＤ８０１の結像面への総合倍率を低くする等の設定を行うことにより、適正な撮影を行うことが可能になる。或いは、そのような場合に、算出される露光時間ｔが、メカシャッター８０４の対応可能な露光時間になるように、自動的に、試料への光量を少なくする或いはＣＣＤ８０１の結像面への総合倍率を低くするようにすることも可能である。

以上、本実施例によれば、ＣＣＤ結像面への総合倍率Ｍcurrent が高い場合には、メカシャッターのみが使用されて露光が行われるようになるので、その場合に作業机の振動等が生じたときであっても撮影画像に悪影響が及ぶ虞はない。
続いて、本実施例の変形例を、図７を参照しながら説明する。

図７は、本変形例に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。
同図に示したように、本変形例に係る顕微鏡用撮像装置は、前述の図６に示した顕微鏡用撮像装置装置とほぼ同じであるが、制御部８１が顕微鏡情報識別部８２０を省いて、新たに観察画像のコントラストを用いて試料３の合焦状態を検出するフォーカス演算部８２１を備えている点が異なる。

このような構成の顕微鏡システムにおいて、観察者が顕微鏡本体１を操作して試料３を観察し画像を撮影する操作については前述の実施例２と同じであるが、その操作によって行われる撮影動作は多少異なる。
本変形例に係る撮影動作では、前述の画像データがフレームメモリ８１１から表示用メモリ８１３へ転送される合間、例えば垂直同期信号のブランキング期間等を利用して、更に、メモリコントローラ８１６によるアドレス制御により画像データがフォーカス演算部８２１に送られ、フォーカス演算部８２１によるコントラスト値の演算も行われる。尚、コントラスト値は、例えば隣り合う画素データの差の二乗和等により求められ、試料に焦点が合ったステージ位置で最も高い値を示す特性を持つ評価値である。

通常、観察者が撮影を行う場合は、合焦位置である場合が多い。このため、撮影時のコントラスト値によって現在の観察倍率の推定が可能である。そこで、本変形例に係る撮影動作では、操作部８１９の撮影ボタンが押下されると、制御部８１８は、フォーカス演算部８２１により演算されたコントラスト値Ｃcurrent （合焦位置のコントラスト値）を読み出し、その読み出したコントラスト値Ｃcurrent に応じて以下のモードを選択する。

本変形例では、コントラスト値Ｃcurrent と予め定められている閾値Ｃth を比較し、コントラスト値Ｃcurrent が、予め定められている閾値Ｃth 以上（Ｃcurrent ≧Ｃth ）である場合には、現在使用されている対物レンズ倍率，中間鏡筒倍率が低い低倍観察と判定し、前述の総合倍率Ｍcurrent が低い場合と同様に、実施例１に係る撮影動作を行う電子シャッター／メカシャッター併用モードが選択される。一方、コントラスト値Ｃcurrent が、閾値Ｃth 未満（Ｃcurrent ＜Ｃth ）である場合には、現在使用されている対物レンズ倍率，中間鏡筒倍率が高い高倍観察と判定し、前述の総合倍率Ｍcurrent が高い場合と同様に、メカシャッター８０４のみを使用するメカシャッターモードが選択される。尚、閾値Ｃth は、例えば、対物レンズ倍率Ｍob ×中間鏡筒倍率Ｍaux ＝４０倍で平均的なコントラストが出るチャートを用いた場合に得られるコントラスト値等に定められる。

図８は、得られたコントラスト値が高いものと低いものの、コントラスト値とステージ位置との関係を表すカーブ（以下「Ｉ−Ｚカーブ」という）の一例を示した図である。
同図において、Ｉ−ＺカーブＣは、得られたコントラスト値が高いもの（低倍観察時のもの）を示し、Ｉ−ＺカーブＤは、得られたコントラスト値が低いもの（高倍観察時のもの）を示している。

例えば、Ｉ−ＺカーブＣが得られた場合、Ｉ−ＺカーブＣ上の最も高いコントラスト値が、前述のＣcurrent として取得される。この場合は、Ｃcurrent が閾値Ｃth （同図の点線位置のコントラスト値）以上であることから、低倍観察と判定され、電子シャッター／メカシャッター併用モードが選択されることになる。

また、Ｉ−ＺカーブＤが得られた場合、Ｉ−ＺカーブＤ上の最も高いコントラスト値が、前述のＣcurrent として取得される。この場合は、Ｃcurrent が閾値Ｃth 未満であることから、高倍観察と判定され、メカシャッターモードが選択されることになる。
このようにして電子シャッター／メカシャッター併用モード又はシャッターモードが選択された後の動作については、前述の実施例２で述べたとおりである。

以上、本変形例によれば、算出されたコントラスト値Ｃcurrent が低い場合には、高倍観察と判定されメカシャッターのみが使用されて露光が行われるようになるので、その場合に作業机の振動等が生じたときであっても撮影画像に悪影響が及ぶ虞はない。
尚、本実施例とその変形例では、観察条件の一例である、ＣＣＤ結像面への総合倍率Ｍcurrent 、又は合焦位置のコントラスト値Ｃcurrent に応じて、実施例１に係る撮影動作を行う電子シャッター／メカシャッター併用モード、又はメカシャッター８０４のみを使用するメカシャッターモードを選択するものであったが、その他の観察条件に応じて、それらのモードの何れかを選択するようにすることも可能である。

本実施例では、実施例１で述べた短時間露光用シャッターモードが選択されたときに行われる撮影動作において更にスミア防止を強化するようにしたものについて説明する。
実施例３に係る顕微鏡用撮像装置が適用された顕微鏡システムの構成は、図１に示したものと同じであるが、顕微鏡用撮像装置の構成は、図２に示したものと多少異なる。

図９は、本実施例に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。
同図に示したように、本実施例に係る顕微鏡用撮像装置は、前述の図２に示した顕微鏡用撮像装置とほぼ同じであるが、カメラヘッド８０が、撮影画像のスミア防止のためにシャッタードライバ８０５を制御するスミア防止制御部８０６を更に備えている点が異なる。

このような構成の顕微鏡システムにおいて、観察者が顕微鏡本体１を操作して試料３を観察し画像を撮影する操作については前述の実施例１と同じであるが、その操作によって行われる撮影動作は多少異なる。
本実施例に係る撮影動作は、前述の実施例１とほぼ同じであるが、短時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作が異なる。具体的には、奇数フィールド用の電荷の読み出し及び偶数フィールド用の電荷の読み出しを行う際には、メカシャッター８０４を閉じてスミアを防止するようにしている。

図１０は、本実施例に係る、短時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作を示すタイミングチャートであり、前述の図５に対応する図である。
図１０に示したように、短時間露光用シャッターモードの場合、前述のＡＥ演算部８１７により算出された露光時間ｔ（同図の「露光時間Ｂ」）の露光が、奇数フィールド用と偶数フィールド用に２回行われる点は、図５に示したものと同じであり、まず、奇数フィールド用の露光時間Ｂの露光が行われる。この露光時間Ｂは、前述のとおり、素子内シャッターＶＳＵＢとして電子シャッターを開にさせる制御信号が生じた時から、電荷移送パルス信号ＴＧＡとして電荷を垂直転送路８０１ｂへ移送させる際の信号が生じた時までの期間で決定される。

ここで、スミア防止制御部８０６は、タイミングジェネレータ８０３により生じる電荷移送パルス信号ＴＧＡを検出して、メカシャッター８０４を閉じるようにシャッタードライバ８０５を制御する。すなわち、メカシャッター制御信号としてメカシャッター８０４を閉にさせる信号が生じてメカシャッター８０４が閉じられる。

但し、本実施例では、メカシャッター８０４の開から閉への動作中には、Ｖ転送パルスＶＣＣＤとしてパルス信号を発生させないようにし、垂直転送路８０１ｂへ移送された電荷を水平転送路８０１ｃへ移送させないようにしている。
そして、メカシャッター８０４の開から閉への動作が終了したら、図５に示したものと同じように、Ｖ転送パルスＶＣＣＤとして所定のパルスが発生され、垂直転送路８０１ｂへ移送された電荷がＶ転送パルスＶＣＣＤに同期して水平転送路８０１ｃへ順次移送され、信号検出器８０１ｄにより信号出力ＳＩＧとして順次検出・出力され（同図のＢ／ＯＤＤ）、その信号出力ＳＩＧに基づく信号がフレームメモリ８１１へ順次記録される（同図のメモリ記録ＯＤＤ）。

これにより、奇数フィールドの電荷の読み出しは、メカシャッター８０４が閉じられた状態で行われるようになる。
このように、奇数フィールドの記録が終了すると、メカシャッター制御信号としてメカシャッター８０４を開にさせる信号が生じてメカシャッター８０４が開にされ、続いて偶数フィールド用の露光時間Ｂの露光が行われ、前述の本実施例に係る奇数フィールドの読み出し及び記録と同様にして、偶数フィールドの読み出し及び記録が行われる。但し、この偶数フィールドの読み出し及び記録では、スミア防止制御部８０６は、タイミングジェネレータ８０３により生じる電荷移送パルス信号ＴＧＢを検出して、メカシャッター８０４を閉じるようにシャッタードライバ８０５を制御する。また、ここでも、メカシャッター８０４の開から閉への動作中には、Ｖ転送パルスＶＣＣＤとしてパルス信号を発生させないようにし、垂直転送路８０１ｂへ移送された電荷を水平転送路８０１ｃへ移送させないようにしている。

このようにして偶数フィールドの読み出し及び記録が終了すると、スミア防止制御部８０６によりシャッタードライバ８０５が制御されてメカシャッター８０４が開放されライブ画像表示に復帰する。
尚、図１０に示した例では、スミア防止を更に強化する観点から、前述の奇数フィールド用の露光時及び偶数フィールド用の露光時に、Ｖ転送パルスＶＣＣＤとして高速パルスを発生させ、ＣＣＤ８０１の垂直転送路の不要電荷を排出するようにしている。

以上、本実施例によれば、短時間露光用シャッターモードが選択されたときに行われる撮影動作において更にスミア防止を強化することが可能になる。
尚、本実施例において、短時間露光用シャッターモードが選択されたときに、図５に係る動作を行わせるか図１０に係る動作を行わせるかを、操作部８１９を介して選択可能に構成することも可能である。これにより、観察者が必要に応じて、短時間露光用シャッターモードが選択されたときに図５に示した動作が行われるように選択しておくことで、撮影時間を短縮させることが可能になる。

以上、本発明の顕微鏡用撮像装置について詳細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良及び変更を行っても良いのはもちろんである。

実施例１に係る顕微鏡用撮像装置が適用された顕微鏡システムの構成例を示した図である。 実施例１に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。 ＣＣＤの一部の構成を示した図である。 長時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作を示すタイミングチャートである。 短時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作を示すタイミングチャートである。 実施例２に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である 実施例２の変形例に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。 得られたコントラスト値が高いものと低いものの、コントラスト値とステージ位置との関係を表すカーブの一例を示した図である。 実施例３に係る顕微鏡用撮像装置の構成を示すブロック図である。 実施例３に係る、短時間露光用シャッターモードが選択された後の撮影動作を示すタイミングチャートである。

符号の説明

１ 顕微鏡本体
２ ステージ
３ 試料
４ 対物レンズ
５ 三眼鏡筒ユニット
６ 接眼レンズユニット
７ 結像レンズユニット
８０ カメラヘッド
８１ 制御部
８２ 接続ケーブル
８０１ ＣＣＤ
８０１ａ フォトダイオード
８０１ｂ 垂直転送路
８０１ｃ 水平転送路
８０１ｄ 信号検出器
８０２ Ａ／Ｄ変換器
８０３ タイミングジェネレータ
８０４ メカシャッター
８０５ シャッタードライバ
８０６ スミア防止制御部
８１１ フレームメモリ
８１２ 画像演算部
８１３ 表示用メモリ
８１４ 表示部
８１５ データ記録部
８１６ メモリコントローラ
８１７ ＡＥ演算部
８１８ 制御部
８１９ 操作部
８２０ 顕微鏡情報識別部
８２１ フォーカス演算部

Claims (7)

1. インターレース方式の撮像素子を有する顕微鏡用撮像装置であって、
   メカシャッターを有し、
   撮影条件に応じて、電子シャッターである前記撮像素子の素子内シャッターと前記メカシャッターの動作を制御して露光を行う、
   ことを特徴とする顕微鏡用撮像装置。
2. 前記撮影条件は、少なくとも露光時間、観察条件、及び合焦位置のコントラスト値のうちの何れか１つ又は複数である、
   ことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用撮像装置。
3. 前記露光時間と露光時間閾値との比較結果に応じて、前記電子シャッターと前記メカシャッターの動作により露光を行う、又は前記電子シャッターの動作により露光を行う、
   ことを特徴とする請求項２記載の顕微鏡用撮像装置。
4. 前記電子シャッターの動作により露光を行った後、前記メカシャッターを閉動作させ、前記メカシャッターが閉状態である時に前記露光により前記撮像素子に蓄積された電荷を検出する、
   ことを特徴とする請求項３記載の顕微鏡用撮像装置。
5. 前記観察条件である前記撮像素子の結像面への総合倍率と倍率閾値との比較結果に応じて、前記メカシャッターの動作により露光を行う、又は前記露光時間と露光時間閾値との比較結果に応じて前記電子シャッターと前記メカシャッターの動作により露光を行う或いは前記電子シャッターの動作により露光を行う、
   ことを特徴とする請求項２記載の顕微鏡用撮像装置。
6. 前記合焦位置のコントラスト値とコントラスト閾値との比較結果に応じて、前記メカシャッターの動作により露光を行う、又は前記露光時間と露光時間閾値との比較結果に応じて前記電子シャッターと前記メカシャッターの動作により露光を行う或いは前記電子シャッターの動作により露光を行う、
   ことを特徴とする請求項２記載の顕微鏡用撮像装置。
7. 前記メカシャッターの動作により露光を行う場合に、露光時間が前記メカシャッターの対応可能な露光時間でないときは、前記メカシャッターの対応可能な露光時間になるように、自動的に前記総合倍率を低くする又は試料への光量を少なくする、
   ことを特徴とする請求項５又は６項記載の顕微鏡用撮像装置。
   

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