JP2009092795A - Method for adjusting lightness of image in imaging type microscope device - Google Patents

Method for adjusting lightness of image in imaging type microscope device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for adjusting lightness of an image in an imaging type microscope device capable of rapidly adjusting lightness of an image even when brightness is changed according to an object to be observed. <P>SOLUTION: A user sets the diameter of a pinhole 122 of an observation optical system to the maximum by using a low-powered objective 118b, so as to acquire a microscopic image, first. When the user switches the observation optical system in order to narrow down an observation surface after completing adjustment of brightness, the acquired microscopic image is stored as reference information showing the brightness of the image that is reference. An automatic adjusting means acquires the microscopic image after completing switching of the objective or the observation optical system, reads out the stored reference information on the brightness, compares it with the acquired information on brightness of the image, calculates a gain value of a photodetector 123, and sets the obtained gain value to the photodetector 123, thereby adjusting the brightness of the image after switching. The above processing is repeated until deviation from the reference information showing the brightness of the image is eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法に関するものである。   The present invention relates to a method for adjusting the brightness of an image in an imaging microscope apparatus.

光源からの光により試料を照明し、前記試料からの反射光又は蛍光を、光電変換装置により電気信号に変換し、前記光電変換装置の出力から、前記試料の画像を形成する撮像型顕微鏡装置の例として、コンフォーカル顕微鏡がある。   An imaging microscope device that illuminates a sample with light from a light source, converts reflected light or fluorescence from the sample into an electrical signal by a photoelectric conversion device, and forms an image of the sample from the output of the photoelectric conversion device An example is a confocal microscope.

コンフォーカル顕微鏡は、観察対象上に照射したスポット光を2次元走査しながら、観察対象からの光を測定することにより、顕微鏡画像を取得する光学顕微鏡である。画像の取得には観察対象に応じて、対物レンズの切り替えによって倍率の調整を行い、光源の光量値や受光素子(光電変換装置)のゲイン値などを調整することで、画像の明るさを調整する。また、コンフォーカル顕微鏡の特徴であるピンホールによって、焦点の合った試料面からの光のみを通し,それ以外の光はピンホールの壁に遮られて、焦点面以外からの光は除去されることで鮮明な画像が得られる光学顕微鏡である。焦点面のZ方向位置(光軸方向位置)を調整することで試料の特定の断層だけを観察することができるため、高低差のある試料の場合でも、すべての部分で焦点の合った画像が得られる。   A confocal microscope is an optical microscope that acquires a microscope image by measuring light from an observation object while two-dimensionally scanning spot light irradiated onto the observation object. For image acquisition, the magnification is adjusted by switching the objective lens according to the observation target, and the brightness of the image is adjusted by adjusting the light quantity value of the light source and the gain value of the light receiving element (photoelectric conversion device). To do. In addition, the pinhole, which is a feature of the confocal microscope, allows only the light from the focused sample surface to pass through. The other light is blocked by the pinhole wall, and the light from other than the focal plane is removed. This is an optical microscope capable of obtaining a clear image. By adjusting the Z direction position (optical axis direction position) of the focal plane, only a specific slice of the sample can be observed. can get.

コンフォーカル顕微鏡は、上記に示すように多くの観察光学系の調整が必要で、このような対物レンズなどの光学パーツの切り替えに伴って生じる画像の明るさの変化を調整するために、従来のコンフォーカル顕微鏡においては、倍率を変更する毎に、得られる画像の明るさの調整を輝度情報の信号のレベル調整を行うことで実施してきた。例えば、手動調整型の可変利得増幅器を通して輝度情報の信号を画像表示装置に与えるように構成し、対物レンズの切り替えに伴って画像の明るさが変化したときは、可変利得増幅器のゲインを手動調整することにより、最適な明るさの画像に調整するようにしてきた。   The confocal microscope requires adjustment of many observation optical systems as described above, and in order to adjust the change in the brightness of the image caused by switching of the optical parts such as the objective lens, In the confocal microscope, every time the magnification is changed, the brightness of the obtained image is adjusted by adjusting the level of the luminance information signal. For example, it is configured so that a luminance information signal is supplied to the image display device through a manually adjustable variable gain amplifier, and when the brightness of the image changes as the objective lens is switched, the gain of the variable gain amplifier is manually adjusted. By doing so, the image has been adjusted to an optimal brightness.

また、コンフォーカル顕微鏡の基本的な操作方法として、始めにピンホール径を大きなもので焦点面を合せながら顕微鏡画像の明るさの調整をおこなう。調整後、徐々にピンホール径を小さくしながら観察面を絞り込む。ピンホール径を小さくすることによって、より焦点面に近い部分からの光のみを得ることができ、特定の面のみ焦点の合った画像を取得することができるが、ピンホール径を小さくすることで得られる光量が減るため画像が暗くなり、再度、光源の光量、検出器の感度の調整が必要になる。   As a basic operation method of the confocal microscope, the brightness of the microscope image is first adjusted while adjusting the focal plane with a large pinhole diameter. After adjustment, narrow down the observation surface while gradually reducing the pinhole diameter. By reducing the pinhole diameter, it is possible to obtain only light from a portion closer to the focal plane, and it is possible to obtain a focused image only on a specific plane, but by reducing the pinhole diameter, Since the amount of light obtained is reduced, the image becomes dark, and it is necessary to adjust the light amount of the light source and the sensitivity of the detector again.

このような手動による明るさの調整では、適切な明るさが得られるまで時間がかかるという問題がある。しかも、対物レンズやピンホールの切り替えに伴って必要となる調整は明るさばかりでなく、ピントの調整などもあるので、対物レンズの切り替え毎に幾つもの調整を手動で行わねばならないため、大変煩わしいという問題を招いていた。   In such manual brightness adjustment, there is a problem that it takes time until an appropriate brightness is obtained. In addition, the adjustments required for switching the objective lens and pinhole are not only brightness, but also focus adjustment, so many adjustments must be made manually each time the objective lens is switched, which is very cumbersome. Was inviting the problem.

そこで、対物レンズや観察光学系の切り替えに伴って生じる画像の明るさの変化に対して、その調整を自動化できるようにするため、対物レンズと観察光学系の複数の組み合わせのそれぞれに対応する光学特性の情報と、基準となる画像の明るさを表す基準情報を格納しておき、観察条件ごとに格納データから情報を読み出し、光源の光量値や受光素子のゲイン値を設定する機能が、走査型光学顕微鏡に搭載されるようになってきた(例えば、特許文献1参照)。また、画像を観察しながら受光素子のゲインを調整する方法(例えば、特許文献2参照)も知られている。   Therefore, in order to be able to automate the adjustment of the brightness change of the image caused by the switching of the objective lens and the observation optical system, the optics corresponding to each of a plurality of combinations of the objective lens and the observation optical system. A function that stores characteristic information and reference information representing the brightness of the reference image, reads the information from the stored data for each observation condition, and sets the light quantity value of the light source and the gain value of the light receiving element. It has come to be mounted on a scanning optical microscope (for example, see Patent Document 1). A method of adjusting the gain of the light receiving element while observing an image (for example, see Patent Document 2) is also known.

特開2005 − 156651号公報JP 2005-156651 A 特開2000 − 321503号公報JP 2000-321503 A

しかしながら、上述の従来の走査型光学顕微鏡における画像の明るさ調整には、次のような問題がある。対物レンズと観察光学系の複数の組み合わせのそれぞれに対応する光学特性の情報がデータベースに格納されていない場合には、自動調整をすることができず、手動で調整をしなければならない。そのため、観察条件ごとに必ず一度は手動で明るさを調整し、データベースに登録しなければならい。   However, image brightness adjustment in the above-described conventional scanning optical microscope has the following problems. When information on optical characteristics corresponding to each of a plurality of combinations of the objective lens and the observation optical system is not stored in the database, automatic adjustment cannot be performed, and manual adjustment must be performed. Therefore, it is necessary to manually adjust the brightness once for each observation condition and register it in the database.

また、金属などの工業サンプルにおいては上記の明るさ調整は有効であると思われるが、生物顕微鏡では、観察光学系が同じであったとしても、観察対象が異なる場合や、蛍光サンプルである場合における褪色により明るさが変化する。また細胞は時間経過と共に明るさが変化するため、以前に自動調整によって設定された値を用いて取得した観察画像が適当な明るさになるとは限らない。そのため、観察光学系のみならず、観察対象も含めた明るさの調整を行なう必要がある。   In addition, the above brightness adjustment seems to be effective for industrial samples such as metals, but in a biological microscope, even if the observation optical system is the same, the observation target is different or the sample is a fluorescent sample. The brightness changes depending on the discoloration. Moreover, since the brightness of cells changes with time, an observation image acquired using a value set by automatic adjustment before is not always appropriate brightness. Therefore, it is necessary to adjust the brightness including not only the observation optical system but also the observation target.

本発明はこのような事情に鑑みてなされたもので、観察対象によって明るさが変化するような場合でも、迅速に画像の明度を調整することが可能な撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法を提供することを課題とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and adjustment of image brightness in an imaging microscope apparatus capable of quickly adjusting the brightness of an image even when the brightness changes depending on an observation target. It is an object to provide a method.

前記課題を解決するための第1の手段は、光源からの光により試料を照明し、前記試料からの反射光又は蛍光を、光電変換装置により電気信号に変換し、前記光電変換装置の出力から、前記試料の画像を形成する撮像型顕微鏡装置において、撮像された画像の明度を調整する方法であって、初期条件により、光学系の設定を行った後、画像明度制御装置により前記画像の明度を適当なものに調整し、そのときの画像の明度I(0)と画像明度制御装置に与えた操作量G(0)を記憶しておき、その後、前記光学系の光学要素のうち一つが切り替えられる毎に、以下の工程Aにより、前記画像の明度を自動的に調整することを特徴とする撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法である。
工程A
(1)前記光学系の光学要素のうちの一つが切り替えられ、適正な画像が取得されたときの、前記画像の明度I(1)を取得し、前記画像の明度I(1)と、I(0)の差が、所定の閾値内に入ったとき工程Aを終了し、所定の閾値内に入らないとき、工程Aのサブ工程である、以下の工程Bを実施する工程。
工程B
(2)切り替えられた光学要素に対応して記憶されている光学特性パラメータαcal(1)を用いて、前記画像明度制御装置に与える操作量G(1)を以下の(1)式により求め、前記画像明度制御装置に操作量として与える工程。
G(1)=I(0)・G(0)/(αcal(1)・I(1)) …(1)
(3)(2)又は(4)の工程の結果、変化した前記画像の明度I(k)と、I(0)の差が、所定の閾値内に入ったとき工程Bを終了し、所定の閾値内に入らないとき、k=k+1として、以下の(2)式により、新しい光学特性パラメータαcal(k)を求める工程。ただしkの初期値は2とする。
αcal(k)=I(k)・G(k-1)/I(k-1)・G(k-2) …(2)
(4)前記画像明度制御装置に与える操作量G(k)を以下の(1)式により求め(ただし、kは工程(3)における値とする。)、前記画像明度制御装置に操作量として与え、かつkの値を1だけインクリメントする工程。
G(k)=I(0)・G(0)/(αcal(k)・I(1)) …(3)
(5)(3)、(4)の工程を繰り返す工程。
A first means for solving the above-described problem is that a sample is illuminated with light from a light source, reflected light or fluorescence from the sample is converted into an electrical signal by a photoelectric conversion device, and an output of the photoelectric conversion device is used. In the imaging microscope apparatus for forming the image of the sample, the brightness of the captured image is adjusted, and after setting the optical system according to the initial conditions, the brightness of the image is controlled by the image brightness control apparatus. Is adjusted to an appropriate value, and the lightness I (0) of the image at that time and the operation amount G (0) given to the image lightness control device are stored, and then one of the optical elements of the optical system is A method for adjusting the brightness of an image in an imaging microscope apparatus, wherein the brightness of the image is automatically adjusted by the following step A every time switching is performed.
Process A
(1) When one of the optical elements of the optical system is switched and an appropriate image is acquired, the brightness I (1) of the image is acquired, and the brightness I (1) of the image and I A step of completing the step A when the difference (0) falls within a predetermined threshold value, and performing the following step B, which is a sub-step of the step A, when the difference does not fall within the predetermined threshold value.
Process B
(2) Using the optical characteristic parameter α cal (1) stored corresponding to the switched optical element, the manipulated variable G (1) given to the image brightness control device is obtained by the following equation (1). And giving the image brightness control device as an operation amount.
G (1) = I (0) · G (0) / (α cal (1) · I (1)) (1)
(3) When the difference between the brightness I (k) and I (0) of the image changed as a result of the process of (2) or (4) falls within a predetermined threshold value, the process B is terminated. A new optical characteristic parameter α cal (k) according to the following equation (2), assuming that k = k + 1. However, the initial value of k is 2.
α cal (k) = I (k) · G (k-1) / I (k-1) · G (k-2) (2)
(4) An operation amount G (k) to be given to the image brightness control device is obtained by the following equation (1) (where k is a value in step (3)), and an operation amount is given to the image brightness control device. Giving and incrementing the value of k by one.
G (k) = I (0) · G (0) / (α cal (k) · I (1)) (3)
(5) A step of repeating the steps (3) and (4).

前記課題を解決するための第2の手段は、前記第1の手段における(3)の工程において、変化した前記画像の明度I(k)と、Iの差が、所定の閾値内に入って工程Bを終了する際に、その際に得られているαcal(k)の値で、切り替えられた光学要素に対応して記憶されている光学特性パラメータαcal(1)の値を置き換える工程を、さらに有することを特徴とする撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法である。 The second means for solving the above problem is that the difference between the changed brightness I (k) and I 0 in the step (3) in the first means falls within a predetermined threshold. When the process B is completed, the value of α cal (k) obtained at that time is replaced with the value of the optical characteristic parameter α cal (1) stored corresponding to the switched optical element. The method further includes a step of adjusting the brightness of the image in the imaging microscope apparatus.

前記課題を解決するための第3の手段は、前記第1の手段又は第2の手段であって、前記撮像型顕微鏡装置が、コンフォーカル顕微鏡であることを特徴とするものである。   A third means for solving the problem is the first means or the second means, wherein the imaging microscope apparatus is a confocal microscope.

前記課題を解決するための第4の手段は、前記第1の手段から第3の手段のいずれかであって、前記画像明度制御装置が、前記光電変換装置のゲインを調整する装置であることを特徴とするものである。   A fourth means for solving the problem is any one of the first to third means, wherein the image brightness control device adjusts a gain of the photoelectric conversion device. It is characterized by.

前記課題を解決するための第5の手段は、前記第1の手段から第4の手段のいずれかであって、前記画像明度制御装置が、前記光源の明るさを調整する装置であることを特徴とするものである。   A fifth means for solving the problem is any one of the first to fourth means, wherein the image brightness control device is a device for adjusting the brightness of the light source. It is a feature.

本発明によれば、観察対象によって明るさが変化するような場合でも、迅速に画像の明度を調整することが可能な撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a method for adjusting the brightness of an image in an imaging microscope apparatus capable of quickly adjusting the brightness of an image even when the brightness changes depending on an observation target.

以下、本発明の実施の形態の例を、図を用いて説明する。図1は、本発明の実施の形態である撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法を使用するコンフォーカル顕微鏡の概略構成図である。この顕微鏡システムは、顕微鏡本体101、CPU102、操作部103、メモリ104、およびモニタ105を備える。   Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a confocal microscope using an image brightness adjustment method in an imaging microscope apparatus according to an embodiment of the present invention. This microscope system includes a microscope main body 101, a CPU 102, an operation unit 103, a memory 104, and a monitor 105.

顕微鏡本体101は、光源111、ダイクロイックミラー112、2次元走査機構114、瞳投影レンズ115、結像レンズ116、121、対物レンズ保持レボルバ117、ミラー120、ピンホール122、および受光素子123を含む。   The microscope body 101 includes a light source 111, a dichroic mirror 112, a two-dimensional scanning mechanism 114, a pupil projection lens 115, imaging lenses 116 and 121, an objective lens holding revolver 117, a mirror 120, a pinhole 122, and a light receiving element 123.

レボルバ117には、複数の対物レンズ118a、118b、118cが取り付けられている。ここでは、便宜的に3つの対物レンズが図示されているが、一般にレボルバ117に取り付けられる対物レンズの数は任意である。また、顕微鏡本体101における観察対象は試料119であり、光源111はこの試料119を照明するための発光源であって、例えば、レーザ光源が使用される。   A plurality of objective lenses 118a, 118b, and 118c are attached to the revolver 117. Here, three objective lenses are shown for convenience, but the number of objective lenses attached to the revolver 117 is generally arbitrary. The observation object in the microscope main body 101 is a sample 119, and the light source 111 is a light source for illuminating the sample 119. For example, a laser light source is used.

この場合、観察光学系としては、光源111からの照明光を試料119に照射し、試料119からの光を受光素子123に導く共焦点光学系が設けられている。共焦点光学系の受光部は、結像レンズ121、ピンホール122、および受光素子123からなり、ピンホール122は、試料119上の結像位置と光学的に共役な位置に配置されている。   In this case, as the observation optical system, a confocal optical system that irradiates the sample 119 with illumination light from the light source 111 and guides the light from the sample 119 to the light receiving element 123 is provided. The light receiving unit of the confocal optical system includes an imaging lens 121, a pinhole 122, and a light receiving element 123. The pinhole 122 is disposed at a position optically conjugate with the imaging position on the sample 119.

光源111から出射された照明光は、ダイクロイックミラー112を通過し、2次元走査機構114に導かれる。2次元走査機構114は、照明光を2次元走査することで、試料119上でスポット光をX−Y向に走査する。2次元走査機構114としては、例えば、ガルバノミラーが使用される。   The illumination light emitted from the light source 111 passes through the dichroic mirror 112 and is guided to the two-dimensional scanning mechanism 114. The two-dimensional scanning mechanism 114 scans the spot light in the XY direction on the sample 119 by two-dimensionally scanning the illumination light. As the two-dimensional scanning mechanism 114, for example, a galvanometer mirror is used.

2次元走査機構114によりX−Y走査された照明光は、瞳投影レンズ115および結像レンズ116を通過して、対物レンズ118bに導かれる。対物レンズの切り替えはレボルバ117を回転させて、照明光の光路上に配される対物レンズを変更することにより行われる。レボルバ117の回転は電動で行ってもよく、手動で行ってもよい。   The illumination light that is XY scanned by the two-dimensional scanning mechanism 114 passes through the pupil projection lens 115 and the imaging lens 116 and is guided to the objective lens 118b. The objective lens is switched by rotating the revolver 117 and changing the objective lens arranged on the optical path of the illumination light. The revolver 117 may be rotated electrically or manually.

このとき、2次元走査機構114によりX−Y走査された照明光は、対物レンズ118bの瞳位置を常に通過するよう構成されている。対物レンズ118bを通過した照明光は、対物レンズ118bにより試料119上に集光されてスポット光となり、試料119上をX−Y方向に走査する。   At this time, the illumination light XY-scanned by the two-dimensional scanning mechanism 114 is configured to always pass through the pupil position of the objective lens 118b. The illumination light that has passed through the objective lens 118b is condensed on the sample 119 by the objective lens 118b to become spot light, and the sample 119 is scanned in the XY direction.

照明光による試料119からの光は、対物レンズ118b、結像レンズ116、瞳投影レンズ115、2次元走査機構114に導かれ、非走査光に変換されてダイクロイックミラー112に到達する。このとき、ダイクロイックミラー112によって光は、光源111の方ではなく受光素子123の方へと導かれる。   Light from the sample 119 by illumination light is guided to the objective lens 118b, the imaging lens 116, the pupil projection lens 115, and the two-dimensional scanning mechanism 114, converted into non-scanning light, and reaches the dichroic mirror 112. At this time, light is guided by the dichroic mirror 112 toward the light receiving element 123 rather than toward the light source 111.

受光素子123へと導かれる光は、ダイクロイックミラー112においてある波長以上の光だけとなる。結像レンズ121、ピンホール122、および受光素子123からなる共焦点光学系の受光部へと導かれる。   The light guided to the light receiving element 123 is only light having a certain wavelength or more in the dichroic mirror 112. The light is guided to the light receiving unit of the confocal optical system including the imaging lens 121, the pinhole 122, and the light receiving element 123.

受光素子123は、光の輝度情報を検出し、電気信号に変換して出力する素子である。これらの受光素子としては、例えば、フォトマルチプライヤ、フォトダイオード等が使用される。フォトマルチプライヤの場合は、その印加電圧によって感度を調節することで、出力される電気信号のゲインが決定される。また、フォトダイオードの場合は、内蔵された増幅回路を調節することで、出力される電気信号のゲインが決定される。   The light receiving element 123 is an element that detects luminance information of light, converts it into an electrical signal, and outputs it. As these light receiving elements, for example, a photomultiplier, a photodiode or the like is used. In the case of a photomultiplier, the gain of an electrical signal to be output is determined by adjusting sensitivity according to the applied voltage. In the case of a photodiode, the gain of an electric signal to be output is determined by adjusting a built-in amplifier circuit.

受光素子123から出力された電気信号は、データ処理により画像データに変換され、顕微鏡画像としてモニタ105 の画面上に表示される。このとき、受光素子123から出力される電気信号の大きさによって、表示される顕微鏡画像の明るさが決定される。   The electrical signal output from the light receiving element 123 is converted into image data by data processing, and is displayed on the screen of the monitor 105 as a microscope image. At this time, the brightness of the displayed microscope image is determined by the magnitude of the electrical signal output from the light receiving element 123.

CPU102およびメモリ104は、例えば、パーソナルコンピュータ等の情報処理装置(コンピュータ)に相当し、メモリ104にはROMが含まれる。CPU102は、メモリ104を利用して制御プログラムを実行することにより、顕微鏡本体101を制御し、画像の明るさ調整のために必要な処理を行う。これにより、レボルバ117および受光素子123、124がCPU102により制御される。   The CPU 102 and the memory 104 correspond to, for example, an information processing apparatus (computer) such as a personal computer, and the memory 104 includes a ROM. The CPU 102 executes a control program using the memory 104 to control the microscope main body 101 and perform processing necessary for image brightness adjustment. As a result, the revolver 117 and the light receiving elements 123 and 124 are controlled by the CPU 102.

CPU102が使用するプログラムおよびデータは、HDD等の任意のコンピュータ読み取り可能な記録媒体を介してメモリ104にロードすることができる。また、これらのプログラムおよびデータを、外部の装置から通信ネットワークを介してメモリ104にロードすることも可能である。この場合、その外部の装置は、プログラムおよびデータを搬送する搬送信号を生成し、通信ネットワークを介してコンフォーカル顕微鏡に送信する。   Programs and data used by the CPU 102 can be loaded into the memory 104 via any computer-readable recording medium such as an HDD. Also, these programs and data can be loaded into the memory 104 from an external device via a communication network. In this case, the external device generates a carrier signal for carrying the program and data, and transmits the carrier signal to the confocal microscope via the communication network.

操作部103は、例えば、キーボード、マウス等のポインティングデバイス、タッチパネル等の入力装置であり、不図示のGUIを介して、操作者からの指示や情報をCPU102に入力する。また、モニタ105は、顕微鏡画像を表示する表示装置であり、画像とともにGUIの操作画面も表示する。   The operation unit 103 is, for example, an input device such as a keyboard, a pointing device such as a mouse, or a touch panel, and inputs instructions and information from the operator to the CPU 102 via a GUI (not shown). The monitor 105 is a display device that displays a microscope image, and displays a GUI operation screen together with the image.

図2、図3は、本発明の実施の形態である撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法の例の概要を示すフローチャートである。図2、図3のフローチャートに従って、操作者の操作手順およびCPU102による制御処理の手順について説明する。操作者は、はじめに試料119を顕微鏡本体101にセットして顕微鏡システムを起動し、走査を開始する(ステップS1)。次に、観察に使用する対物レンズや観察光学系等を初期状態に設定する(S2)。基本的な使い方として、低倍の対物レンズを選択し、ピンホールは最大径を選択する。   2 and 3 are flowcharts showing an outline of an example of an image brightness adjustment method in the imaging microscope apparatus according to the embodiment of the present invention. The operation procedure of the operator and the control processing procedure by the CPU 102 will be described with reference to the flowcharts of FIGS. The operator first sets the sample 119 on the microscope main body 101, activates the microscope system, and starts scanning (step S1). Next, an objective lens and an observation optical system used for observation are set to an initial state (S2). As a basic usage, select a low-magnification objective lens and select the maximum pinhole diameter.

そして、ピント調整、顕微鏡画像のズーム調整等の各種設定を行い、観察したい顕微鏡画像をモニタ105に表示させる(ステップS3)。次に、操作者は、画像の明るさを調整する(ステップS4)。この調整は、操作部103を介して手動で行われる。操作部103により調整された明るさの値は、CPU102を介して、現在選択されている観察光学系(光電変換装置)のゲインに変換され受光素子に設定される。そして、調整が完了した時点での、画像の明度I(0)と、そのときの受光素子の操作量であるゲインG(0)は、基準値としてメモリに記憶される(ステップS5)。   Then, various settings such as focus adjustment and zoom adjustment of the microscope image are performed, and the microscope image to be observed is displayed on the monitor 105 (step S3). Next, the operator adjusts the brightness of the image (step S4). This adjustment is manually performed via the operation unit 103. The brightness value adjusted by the operation unit 103 is converted to the gain of the currently selected observation optical system (photoelectric conversion device) via the CPU 102 and set in the light receiving element. Then, the brightness I (0) of the image at the time when the adjustment is completed and the gain G (0) that is the operation amount of the light receiving element at that time are stored in the memory as reference values (step S5).

顕微鏡画像が最適な明るさに調整された後、操作者は、対物レンズまたは観察光学系を構成する光学素子の一つを切り替える(ステップS6)。すると、CPU102は、新しい撮像条件における画像の明るさを調整するステップである処理Aを実行する。処理Aの詳細は後述する(ステップS7)。   After the microscope image is adjusted to the optimum brightness, the operator switches one of the optical elements that constitute the objective lens or the observation optical system (step S6). Then, the CPU 102 executes a process A that is a step of adjusting the brightness of the image under the new imaging condition. Details of the process A will be described later (step S7).

ステップS6とステップS7を、全ての必要な光学素子の切り替えが完了するまで繰り返し行い、ステップS8で、全ての切替が完了したと判断された場合に、全ての処理を終了する。   Steps S6 and S7 are repeated until switching of all necessary optical elements is completed. When it is determined in step S8 that all switching has been completed, all processing is terminated.

以下、処理Aの概要を図3を用いて説明する。処理Aは、各光学要素の一つが切り替えられる毎に行われる。まず、操作者は、ピント調整、顕微鏡画像のズーム調整等の各種設定を行い、観察したい顕微鏡画像をモニタ105に表示させる(ステップS11)。この調整が完了すると、CPU102は、モニタ105に表示されている画像の明度I(1)を取得する(ステップS12)。   Hereinafter, an outline of the processing A will be described with reference to FIG. Process A is performed each time one of the optical elements is switched. First, the operator performs various settings such as focus adjustment and zoom adjustment of the microscope image, and displays the microscope image to be observed on the monitor 105 (step S11). When this adjustment is completed, the CPU 102 acquires the brightness I (1) of the image displayed on the monitor 105 (step S12).

そして、画像の明度I(1)と基準値である画像の明度I(0)との差が閾値以下であるかどうかを比較し(ステップ(S13)、閾値以下である場合は、図2のステップS8に進む。閾値を超えている場合は、処理BのステップS14に進み、記憶されている光学パラメータαcal(1)を用いて、画像明度制御装置(この例の場合は受光素子)に与える操作量であるゲインを再計算する。 Then, a comparison is made as to whether or not the difference between the image brightness I (1) and the reference image brightness I (0) is less than or equal to a threshold value (step S13). The process proceeds to step S8 If the threshold value is exceeded, the process proceeds to step S14 of the process B, and the stored optical parameter α cal (1) is used for the image brightness control device (in this example, the light receiving element). Recalculate the gain that is the amount of operation to give.

ここで、光学パラメータαcalは、ゲインを決めるときの、各光学要素毎の調整係数に相当するもので、標準値がメモリに記憶されているので、初期値としてこの値を使用する。もし、記憶されていない場合は、1を初期値として使用する。 Here, the optical parameter α cal corresponds to an adjustment coefficient for each optical element when determining the gain, and a standard value is stored in the memory, and this value is used as an initial value. If not stored, 1 is used as the initial value.

新しいゲインG(1)は、以下の(1)式により求められる。
G(1)=I(0)・G(0)/(αcal(1)・I(1)) …(1)
そして、このG(1)を受光素子に操作量であるゲインとして与える。これにより、画像の明るさがI(k)(この場合k=2)に変化する。この画像の明度を取得する(ステップS15)。
The new gain G (1) is obtained by the following equation (1).
G (1) = I (0) · G (0) / (α cal (1) · I (1)) (1)
Then, G (1) is given to the light receiving element as a gain which is an operation amount. As a result, the brightness of the image changes to I (k) (in this case, k = 2). The brightness of this image is acquired (step S15).

そして、画像の明度I(k)と基準値である画像の明度I(0)との差が閾値以下であるかどうかを比較し(ステップ(S16)、閾値以下である場合は、図2のステップS8に進む。閾値を超えている場合は、ステップS17に進み、光学パラメータ更新を行う。   Then, it is compared whether or not the difference between the image brightness I (k) and the reference image brightness I (0) is equal to or less than the threshold (step S16). The process proceeds to step S8 If the threshold is exceeded, the process proceeds to step S17 to update the optical parameter.

新しい光学パラメータαcal(k)は、以下の(2)式により求められる。
αcal(k)=I(k)・G(k-1)/I(k-1)・G(k-2) …(2)
ただし、この場合、k=2である。
The new optical parameter α cal (k) is obtained by the following equation (2).
α cal (k) = I (k) · G (k-1) / I (k-1) · G (k-2) (2)
However, in this case, k = 2.

新しい光学パラメータαcal(k)が決定されるとステップS18に進み、以下の(3)式により、光学素子の操作量であるゲインを以下の(3)式により求める。
G(k)=I(0)・G(0)/(αcal(k)・I(1)) …(3)
ただし、kはステップS17における値と同一とし、この場合はk=2である。そして、このG(k)を受光素子に操作量であるゲインとして与える。これにより、画像の明度がI(k+1)(この場合k=2)に変化する。ここで、kの値を1だけインクリメントする。
When the new optical parameter α cal (k) is determined, the process proceeds to step S18, and the gain that is the operation amount of the optical element is obtained from the following equation (3) by the following equation (3).
G (k) = I (0) · G (0) / (α cal (k) · I (1)) (3)
However, k is the same as the value in step S17, and in this case k = 2. This G (k) is given to the light receiving element as a gain which is an operation amount. As a result, the brightness of the image changes to I (k + 1) (in this case, k = 2). Here, the value of k is incremented by 1.

以下、ステップS15に戻って、繰り返し計算を行う。その際、ステップS15、ステップS16、ステップS17、S18においては、kの値を繰り返す毎にに1だけインクリメントするものとし、kの初期値は2とする。   Thereafter, returning to step S15, the calculation is repeated. At this time, in step S15, step S16, step S17, and S18, each time the value of k is repeated, the value is incremented by 1, and the initial value of k is 2.

図2、図3に示すような処理を行うことにより、光学要素が切り替えられても、切り替えのたび毎に画像の明度は一定範囲内に保たれ、最終調整が終わっても初期に操作者が設定した明度から一定範囲の明度内に保たれる。   By performing the processing shown in FIGS. 2 and 3, even if the optical element is switched, the brightness of the image is kept within a certain range every time the switching is performed, and the operator can initially set the final adjustment even after the final adjustment. It is kept within a certain range of brightness from the set brightness.

なお、ステップS16からステップS8に移行するとき、そのとき求まっているαcal(k)の値で、その光学要素に対応してメモリに記憶されている値を更新するようにしてもよい。 When shifting from step S16 to step S8, the value stored in the memory corresponding to the optical element may be updated with the value of α cal (k) obtained at that time.

特許請求の範囲及び本明細書において、「画像明度制御装置」の例としては、光電素子、1次元、2次元撮像素子、光源強度調整装置等が挙げられ、これらの感度、これらに流す電流等が操作量となる。又、切り替えられる光学系の光学要素としては、対物レンズ、ピンホールの他、フィルタ等が挙げられる。   In the claims and the present specification, examples of the “image brightness control device” include a photoelectric device, a one-dimensional, two-dimensional imaging device, a light source intensity adjustment device, and the like. Is the operation amount. Further, examples of the optical element of the optical system that can be switched include an objective lens, a pinhole, and a filter.

なお、以上の説明は、コンフォーカル顕微鏡を例にして行ったが、本発明はコンフォーカル顕微鏡に限らず、光源からの光により試料を照明し、前記試料からの反射光又は蛍光を、光電変換装置により電気信号に変換し、前記光電変換装置の出力から、前記試料の画像を形成する撮像型顕微鏡装置に適用できる。   Although the above description has been given by taking a confocal microscope as an example, the present invention is not limited to a confocal microscope, and a sample is illuminated with light from a light source, and reflected light or fluorescence from the sample is subjected to photoelectric conversion. The present invention can be applied to an imaging microscope apparatus that converts an electrical signal by an apparatus and forms an image of the sample from the output of the photoelectric conversion apparatus.

本発明の実施の形態である撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法を使用するコンフォーカル顕微鏡の概略構成図である。It is a schematic block diagram of the confocal microscope which uses the adjustment method of the brightness of the image in the imaging type microscope apparatus which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法の例の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the example of the adjustment method of the brightness of the image in the imaging microscope apparatus which is embodiment of this invention. 本発明の実施の形態である撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法の例の概要を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the outline | summary of the example of the adjustment method of the brightness of the image in the imaging microscope apparatus which is embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

101…顕微鏡本体、102…CPU、103…操作部、104…メモリ、105…モニタ、111…光源、112…ダイクロイックミラー、114…2次元走査機構、115…瞳投影レンズ、116…結像レンズ、117…レボルバ、118a、118b、118c…対物レンズ、119…試料、120…ミラー、121…結像レンズ、122…ピンホール、123…受光素子 DESCRIPTION OF SYMBOLS 101 ... Microscope main body, 102 ... CPU, 103 ... Operation part, 104 ... Memory, 105 ... Monitor, 111 ... Light source, 112 ... Dichroic mirror, 114 ... Two-dimensional scanning mechanism, 115 ... Pupil projection lens, 116 ... Imaging lens, 117: Revolver, 118a, 118b, 118c ... Objective lens, 119 ... Sample, 120 ... Mirror, 121 ... Imaging lens, 122 ... Pinhole, 123 ... Light receiving element

Claims (5)

光源からの光により試料を照明し、前記試料からの反射光又は蛍光を、光電変換装置により電気信号に変換し、前記光電変換装置の出力から、前記試料の画像を形成する撮像型顕微鏡装置において、撮像された画像の明度を調整する方法であって、初期条件により、光学系の設定を行った後、画像明度制御装置により前記画像の明度を適当なものに調整し、そのときの画像の明度I(0)と画像明度制御装置に与えた操作量G(0)を記憶しておき、その後、前記光学系の光学要素のうち一つが切り替えられる毎に、以下の工程Aにより、前記画像の明度を自動的に調整することを特徴とする撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法。
工程A
(1)前記光学系の光学要素のうちの一つが切り替えられ、適正な画像が取得されたときの、前記画像の明度I(1)を取得し、前記画像の明度I(1)と、I(0)の差が、所定の閾値内に入ったとき工程Aを終了し、所定の閾値内に入らないとき、工程Aのサブ工程である、以下の工程Bを実施する工程。
工程B
(2)切り替えられた光学要素に対応して記憶されている光学特性パラメータαcal(1)を用いて、前記画像明度制御装置に与える操作量G(1)を以下の(1)式により求め、前記画像明度制御装置に操作量として与える工程。
G(1)=I(0)・G(0)/(αcal(1)・I(1)) …(1)
(3)(2)又は(4)の工程の結果、変化した前記画像の明度I(k)と、I(0)の差が、所定の閾値内に入ったとき工程Bを終了し、所定の閾値内に入らないとき、k=k+1として、以下の(2)式により、新しい光学特性パラメータαcal(k)を求める工程。ただしkの初期値は2とする。
αcal(k)=I(k)・G(k-1)/I(k-1)・G(k-2) …(2)
(4)前記画像明度制御装置に与える操作量G(k)を以下の(1)式により求め(ただし、kは工程(3)における値とする。)、前記画像明度制御装置に操作量として与え、かつkの値を1だけインクリメントする工程。
G(k)=I(0)・G(0)/(αcal(k)・I(1)) …(3)
(5)(3)、(4)の工程を繰り返す工程。
In an imaging microscope device that illuminates a sample with light from a light source, converts reflected light or fluorescence from the sample into an electrical signal by a photoelectric conversion device, and forms an image of the sample from the output of the photoelectric conversion device The method of adjusting the brightness of the captured image, after setting the optical system according to the initial conditions, adjusting the brightness of the image to an appropriate one by the image brightness control device, the image of the image at that time The lightness I (0) and the operation amount G (0) given to the image lightness control device are stored, and thereafter, each time one of the optical elements of the optical system is switched, the image A is A method for adjusting the brightness of an image in an imaging microscope apparatus, wherein the brightness of the image is automatically adjusted.
Process A
(1) When one of the optical elements of the optical system is switched and an appropriate image is acquired, the brightness I (1) of the image is acquired, and the brightness I (1) of the image and I A step of completing the step A when the difference (0) falls within a predetermined threshold value, and performing the following step B, which is a sub-step of the step A, when the difference does not fall within the predetermined threshold value.
Process B
(2) Using the optical characteristic parameter α cal (1) stored corresponding to the switched optical element, the manipulated variable G (1) given to the image brightness control device is obtained by the following equation (1). And giving the image brightness control device as an operation amount.
G (1) = I (0) · G (0) / (α cal (1) · I (1)) (1)
(3) When the difference between the brightness I (k) and I (0) of the image changed as a result of the process of (2) or (4) falls within a predetermined threshold value, the process B is terminated. A new optical characteristic parameter α cal (k) according to the following equation (2), assuming that k = k + 1. However, the initial value of k is 2.
α cal (k) = I (k) · G (k-1) / I (k-1) · G (k-2) (2)
(4) An operation amount G (k) to be given to the image brightness control device is obtained by the following equation (1) (where k is a value in step (3)), and an operation amount is given to the image brightness control device. Giving and incrementing the value of k by one.
G (k) = I (0) · G (0) / (α cal (k) · I (1)) (3)
(5) A step of repeating the steps (3) and (4).
請求項1に記載の撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法における(3)の工程において、変化した前記画像の明度I(k)と、Iの差が、所定の閾値内に入って工程Bを終了する際に、その際に得られているαcal(k)の値で、切り替えられた光学要素に対応して記憶されている光学特性パラメータαcal(1)の値を置き換える工程を、さらに有することを特徴とする撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法。 The difference between the changed brightness I (k) and I 0 of the image in the step (3) of the image brightness adjustment method in the imaging microscope apparatus according to claim 1 falls within a predetermined threshold. A step of replacing the value of the optical characteristic parameter α cal (1) stored corresponding to the switched optical element with the value of α cal (k) obtained at the time of ending the process B The method for adjusting the brightness of an image in an imaging microscope apparatus, further comprising: 前記撮像型顕微鏡装置が、コンフォーカル顕微鏡であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法。   The method for adjusting the brightness of an image in the imaging microscope apparatus according to claim 1, wherein the imaging microscope apparatus is a confocal microscope. 前記画像明度制御装置が、前記光電変換装置のゲインを調整する装置であることを特徴とする請求項1から請求項3のうちいずれか1項に記載の撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法。   The image lightness control device according to any one of claims 1 to 3, wherein the image lightness control device is a device that adjusts a gain of the photoelectric conversion device. Method. 前記画像明度制御装置が、前記光源の明るさを調整する装置であることを特徴とする請求項1から請求項4のうちいずれか1項に記載の撮像型顕微鏡装置における画像の明度の調整方法。   The image brightness control method according to any one of claims 1 to 4, wherein the image brightness control device is a device that adjusts the brightness of the light source. .
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