JP2009162974A - 顕微鏡システム及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】顕微鏡システムは、透明な標本保持部材を通して観察又は撮像される標本と、厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた対物レンズと、収差補正レンズを移動させる手段と、間隔を変化させる電動焦準部と、対物レンズと標本の顕微像を得る結像レンズと、結像面に配置されたCCDと、電動焦準部によりピントが合わせられた後、収差補正レンズが所定間隔で移動される毎に標本の顕微像が撮影され、得られた複数の撮影画像をモニター画面上に並べて表示させる手段と、標本の顕微像の収差補正レンズの位置を表す位置データを撮影画像に関連付けて記憶する記憶回路と、表示された複数の撮影画像の中から任意の撮影画像を選択する手段と、選択された撮影画像の収差補正レンズの位置データを記憶回路から読み出し、位置データが表す位置へ収差補正レンズを移動させる手段と、を具備する。
【選択図】図1
Description
図1は、本発明の一実施の形態に係る顕微鏡システムの構成を模式的に示す図である。本実施形態では、顕微鏡システムの一例として、正立型顕微鏡システムを適用する。
さらに顕微鏡本体101の標本102より下方には、透過照明ランプ117が内蔵され、その照明光をクリティカル照明で標本102に導く図示しない光学レンズを有する。透過照明ランプ117と標本102との間には、位相差リングスリットを内蔵した電動位相差ターレット118が配置され、明視野観察では空穴が光軸105に入り、位相差観察では図示しない位相差リングスリットが光軸105に挿入される。同じく透過照明ランプ117と標本102との間には電動FS(視野絞り)119が配置され、観察視野外の不要な照明光をカットすることが出来る。
図2は、電動補正環付対物レンズ106の、光軸105を通る断面を模式的に示す図である。
図3は、PC131のモニター136の画面上に表示されるGUI(Graphical User Interface)の一例を示す図である。
対物レンズボタン303が押下されると、電動レボルバ107が回転し、選択した対物レンズが光軸105に挿入される。本実施形態では、10X、40X、及び60Xの対物レンズが選択可能であり、40X及び60Xの対物レンズは電動補正環付対物レンズ106である。
焦点深度(AS)スライダー307が操作されると、電動AS120が駆動し、焦点深度を変更する。本実施形態では、最小(焦点深度が深い)から最大(焦点深度が浅い)のAS径の範囲で焦点深度の変更が可能である。
なお、上記の補正環調整ボタン310の押下に応じてこの補正環調整用GUIを表示する処理や、この補正環調整用GUI上で行われたユーザの操作に応じて行われる処理の詳細は、図6及び図7を用いて後述する。
ユーザは、このようにして画像表示部301に表示可能な23枚の撮影画像の中から、最もコントラスト値の高いと思われる撮影画像を選択することができる。もちろん、ユーザは枠縁402が付けられていない撮影画像を選択することもできる。ここで、コントラスト値の高い撮影画像は収差の少ない撮影画像であるので、最もコントラスト値の高い撮影画像が収差補正レンズの最適位置で撮影された画像であると言うことができる。なお、ユーザによる撮影画像の選択は、キーボード137又はマウス138の操作により、画像表示部301に表示されている所望の撮影画像を選択することにより行うことができる。
はじめに、工場出荷時等に行われる、上記の収差補正レンズ位置とピントズレ量との関係を表すテーブルデータを取得するときの作業の流れを説明する。
なお、このフローには本実施形態に係る顕微鏡システムの動作も含まれる。
同図に示したフローにおいて、まず、S501では、工場内の作業者により電動ステージ103上に基準チャートが固定される。ここで、基準チャートは、厚みが0.01mmずつ異なる0.11mmから0.23mmまでの23枚の既知のカバーガラスが、ピンホールが多数空いた標本上に、それぞれ張り合わされたものである。
S503では、電動ステージ103を移動させ、基準チャートにおける厚みが0.17mmのカバーガラスを視野内に入れる。この動作は、例えば、工場内の作業者が、図3に示したモニター画面上の画像表示部301に表示されている基準チャートのライブ画像を観察しながらステージ移動矢印ボタン302を操作することによって行うことができる。また、S503では、変数pの値を0.17とする。
S505では、S504の処理が終了した時点の収差補正レンズ203の位置の値を変数Q(0.17)の値とし、その時点の電動焦準部104の駆動位置の値を変数R(0.17)とする。
S507では、変数pの値が0.23未満であるか否かを判定し、その判定結果がYesの場合にはS509へ進み、Noの場合には本フローが終了する。
S511では、S510の処理が終了した時点の収差補正レンズ203の位置の値を変数Q(p)の値とし、その時点の電動焦準部104の駆動位置の値を変数R(p)とする。
S513では、変数pの値と、S511及びS512で得られた変数Q(p)、S(p)の値を、記憶回路134に記憶されている、収差補正レンズ位置とピントズレ量との関係を表すテーブルデータに追加する。なお、この時に、このテーブルデータが記憶回路134に記憶されていなければ、これを生成して記憶回路134に記憶し、これに上記の変数p、Q(p)、S(p)の値を追加する。
S514の処理が終了すると、S507へ戻り、変数pの値が0.23以上になるまで、S509乃至514の処理が繰り返し行われる。
なお、このフローには本実施形態に係る顕微鏡システムの動作も含まれる。
図6に示したフローにおいて、まず、S601では、PC131のモニター画面上に図3に示したGUIが表示されて観察方法選択ボタン310により「落射蛍光」が選択されている状態であるときに、ユーザの操作により補正環調整ボタン310が押下された状態を示す。
S613では、落射照明用シャッター124を開く。
S616では、補正環(上記のカム溝枠209)を回転させ、補正値0.11mmの位置へ収差補正レンズ203を移動する。また、変数Bの値を0.11とする。
S619では、補正環(上記のカム溝枠209)を回転させ、補正値が変数Bの値の位置へ収差補正レンズ203を移動する。
S622では、カメラ116の設定を、S614で記憶回路134に記憶されたCが表すカメラ設定にして、カメラ116が標本の顕微像を撮影し、この時に得られた撮影画像を表す画像データを記憶回路134に記憶する。なお、この画像データは、この時の変数Bの値を表すデータと関連付けされて記憶回路134に記憶される。ここで、この撮影画像を表す画像データをD(B)とする。
S624では、変数Bの値に0.01を加えた値を変数Bの値とする。
S624の処理が終了すると、S617へ戻り、変数Bの値が0.23以上になるまで、S619乃至624の処理が繰り返し行われる。
S702では、電動焦準部104を、S612で記憶回路134に記憶されたEが表す駆動位置へ駆動する。但し、その駆動が終了した時点の直前の駆動方向が、S611で記憶回路134に記憶されたAが表す駆動方向になるように、その駆動が行われる。
S709では、S707で補正値とされた変数Bの値に対応するピントズレ量を、記憶回路134に記憶されている、収差補正レンズ位置とピントズレ量との関係を表すテーブルデータから読み出し、当該ピントズレ量の分だけ電動焦準部104を図6のS611で記憶回路134に記憶されたAが表す駆動方向へ駆動する。上述のとおり、変数Bの値は、そのテーブルデータに含まれる変数pの値に対応する。従って、補正値である変数Bに対応するピントズレ量とは、そのテーブルデータに含まれる、変数Bの値と同一の変数pの値に対応するピントズレ量を表すS(p)の値を指す。
S710の処理が終了すると、本フローが終了する。
なお、本フローのS616、S619、S701、及びS708の各処理ステップで行われる収差補正レンズ203の移動において、移動が終了した時点の直前の収差補正レンズ203の移動方向は、いずれの処理ステップにおける収差補正レンズ203の移動においても同一方向になるように処理が行われる。
1.収差補正レンズの補正量の決定において、収差が最小となる最適位置付近で補正環を何度も回転、往復させて補正量の最適位置を探索するような手間をかけずに、モニター画面上に並べて表示された複数の画像を一度に見比べて、その中から収差が最小となる最適位置で撮影されたと思われる画像を選択するだけで収差補正レンズの補正量を決定でき、顕微鏡本体の微妙な調整を必要としないという効果が得られる。
2.収差補正レンズの駆動は電動で行われるため、対物レンズの補正環を触る必要が無く、剛性の弱い対物レンズの補正環を触ることによる視野内での像の動きが発生せず、常に同じ標本位置で収差補正レンズの補正量を比較することができるという効果が得られる。
3.開口数の大きな対物レンズなど、収差補正レンズの駆動による対物レンズのピントズレが発生しやすい場合においても、対物レンズのピントズレを気にせず、収差補正レンズの補正量を決定する際には、モニター画面上に並べて表示された複数の画像を比較するだけでよいという効果が得られる。
4.モニター画面上に並べて表示された複数の画像を比較しながら最も収差の少ない画像をユーザが選択するときには、コントラスト検出法により収差の少ない画像に対して縁枠が設けられるため、ユーザは収差補正レンズの最適位置を決定しやすいという効果が得られる。
5.収差補正レンズの位置再現性が向上するので、収差補正レンズの最適位置が精度良く決まり、収差補正レンズの補正後の撮影画像の画質が向上するという効果が得られる。
6.焦準部の位置再現性が向上するので、テーブルデータ(上記の収差補正レンズ位置とピントズレ量との関係を表すテーブルデータ)に含まれるデータの取得間隔(上記の例では0.01mm)で収差補正レンズを駆動して撮影したことで得られた複数の画像における焦準部のピントズレが少なくなり、その結果、その複数の画像をモニター画面上に並べて表示させたときに、ユーザは、より画像の選択がし易くなる。また、収差補正レンズの補正後における焦準部のピントズレも少なくなり、あらためてピント合わせを行う手間を省くことができるという効果が得られる。
7.モニター画面上に並べて表示された複数の画像の中の1枚の画像に対して操作を行うだけで、他の画像の表示範囲も変更することができるので、収差補正レンズの最適位置を選ぶ際の画像比較が容易になり、且つ、それに要する時間を短縮することもできるという効果が得られる。
8.標本への励起光の照射時間が、標本の蛍光色素あるいは蛍光タンパクを励起するのに最低限必要な時間のみに限定することができるので、標本の蛍光色素あるいは蛍光タンパクなどの褪色を最小限に減らすことができるという効果が得られる。
9.図5乃至7を用いて説明したように、収差補正レンズを移動させるときには、その移動が終了した時点の直前の収差補正レンズの移動方向を統一しているので、バックラッシュの影響を受け難いという効果が得られる。また、焦準部を駆動させるときにも、その駆動が終了した時点の直前の焦準部の駆動方向を統一しているので、バックラッシュの影響を受け難いという効果が得られる。
また、本実施形態では、電動焦準部104が電動ステージ103を光軸105に沿って移動させることにより、カバーガラス付きの標本102と対物レンズとの間隔を変化させるようにしたが、例えば、対物レンズを光軸105に沿って移動させることにより、カバーガラス付きの標本102と対物レンズとの間隔を変化させるように構成することもできるし、或いは、電動ステージ103と対物レンズの双方を光軸105に沿って移動させることにより、カバーガラス付きの標本102と対物レンズとの間隔を変化させるように構成することもできる。
102 標本
103 電動ステージ
104 電動焦準部
105 光軸
106 電動補正環付対物レンズ
107 電動レボルバ
108 蛍光キューブ
109 ダイクロイックミラー
110 吸収フィルター
111 励起フィルター
112 電動蛍光キューブターレット
113 電動光学ズーム
114 鏡筒
115 接眼レンズ
116 カメラ
117 透過照明ランプ
118 電動位相差ターレット
119 電動FS
120 電動AS
121 CCD
122 落射照明ランプ
123 落射照明ユニット
124 落射照明用シャッター
131 PC
132 制御部
133 TVカメラ制御部
134 記憶回路
135 演算回路
136 モニター
201、202 レンズ
203 収差補正レンズ
204、205 レンズ
206 駆動鏡枠
207 固定鏡枠
208 カムピン
209 カム溝枠
301 画像表示部
302 ステージ移動矢印ボタン
303 対物レンズボタン
304 ズームスライダー
305 蛍光キューブボタン
306 励起光シャッターボタン
307 焦点深度スライダー
308 ピント合わせ
309 観察方法選択ボタン
401 撮影画像
402 縁枠
Claims (8)
- 透明な標本保持部材を通して観察又は撮像される標本と、
前記標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、
前記収差補正レンズを光軸方向に移動させる収差補正レンズ移動手段と、
前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、
前記収差補正機能付対物レンズとともに前記標本の顕微像を得る結像レンズと、
前記結像レンズの結像面に配置された撮像手段と、
前記焦準手段により前記標本にピントが合わせられた後、前記収差補正レンズ移動手段により前記収差補正レンズが所定間隔で移動される毎に前記撮像手段により前記標本の顕微像が撮影され、得られた複数の撮影画像をモニター画面上に並べて表示させる表示手段と、
前記撮像手段により前記標本の顕微像が撮影された時点の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを、当該撮影された時点に得られた撮影画像に関連付けて記憶する記憶手段と、
前記表示手段により前記モニター画面上に並べて表示された複数の撮影画像の中から任意の撮影画像を選択する画像選択手段と、
前記画像選択手段により選択された撮影画像が撮影された時点の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを前記記憶手段から読み出し、当該位置データが表す位置へ前記収差補正レンズを移動させる位置再現手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡システム。 - 前記記憶手段は、予め取得されている、前記収差補正レンズの移動による前記収差補正機能付対物レンズのピントズレ量を表すピントズレ量データを、更に記憶し、
前記表示手段は、前記焦準手段により前記標本にピントが合わせられた後、前記収差補正レンズ移動手段により前記収差補正レンズが前記所定間隔で移動される毎に、対応するピントズレ量データが前記記憶手段から読み出され、前記標本にピントが合わせられた位置から前記ピントズレ量データが表すピントズレ量の分だけ前記焦準手段により前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔が変化され、さらに前記撮像手段により前記標本の顕微像が撮影され、得られた複数の撮影画像をモニター画面上に並べて表示させ、
前記位置再現手段は、前記画像選択手段により選択された撮影画像が撮影された時点の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを前記記憶手段から読み出し、当該位置データが表す位置へ前記収差補正レンズを移動させるとともに、対応するピントズレ量データを前記記憶手段から読み出し、当該ピントズレ量データが表すピントズレ量の分だけ前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させる、
ことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡システム。 - 前記撮像手段が前記標本の顕微像撮影を終了した時点の直前の前記収差補正レンズの移動方向と、前記位置再現手段が前記記憶手段から読み出した位置データが表す位置へ前記収差補正レンズの移動を終了した時点の直前の前記収差補正レンズの移動方向は、同一方向である、
ことを特徴とする請求項1又は2記載の顕微鏡システム。 - 前記焦準手段が前記標本へのピント合わせを終了した時点の直前の前記焦準手段の駆動方向と、前記撮像手段が前記標本の顕微像撮影を終了した時点の直前の前記焦準手段の駆動方向と、前記位置再現手段が前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させることを終了した時点の直前の前記焦準手段の駆動方向は、同一方向である、
ことを特徴とする請求項2記載の顕微鏡システム。 - 前記表示手段は、前記モニター画面上に並べて表示させた複数の撮影画像の中の一つの撮影画像に対して範囲が指定されて拡大指示が行われると、当該撮影画像の指定された範囲を拡大した画像と、前記モニター画面上に並べて表示させた他の全ての撮影画像の各々の前記範囲に対応する範囲を拡大した画像とを、前記モニター画面上に並べて表示させる、
ことを特徴とする請求項1乃至4の何れか一項記載の顕微鏡システム。 - 前記撮像手段が前記標本の顕微像を撮影する時のみ、励起光が前記標本を励起するように照明光のシャッターを開き、前記撮像手段が前記標本の顕微像を撮影する時以外は、前記シャッターを閉じる、
ことを特徴とする請求項1乃至5の何れか一項記載の顕微鏡システム。 - 透明な標本保持部材を通して観察又は撮像される標本と、前記標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、前記収差補正レンズを光軸方向に移動させる収差補正レンズ移動手段と、前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、前記収差補正機能付対物レンズとともに前記標本の顕微像を得る結像レンズと、前記結像レンズの結像面に配置された撮像手段と、を含む顕微鏡システムの制御方法であって、
前記焦準手段が前記標本にピントを合わせ、
前記収差補正レンズ移動手段が前記収差補正レンズを所定間隔で移動させる毎に、前記撮像手段が前記標本の顕微像を撮影し、当該撮影時の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを当該撮影により得られた撮影画像に関連付けて記憶手段に記憶し、
得られた複数の撮影画像をモニター画面上に並べて表示させ、
前記モニター画面上に並べて表示された複数の撮影画像の中から任意の撮影画像を選択し、
選択された撮影画像が撮影された時点の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを前記記憶手段から読み出し、当該位置データが表す位置へ前記収差補正レンズを移動させる、
ことを特徴とする顕微鏡システムの制御方法。 - 透明な標本保持部材を通して観察又は撮像される標本と、前記標本保持部材の厚さ誤差を補正する収差補正レンズを備えた収差補正機能付対物レンズと、前記収差補正レンズを光軸方向に移動させる収差補正レンズ移動手段と、前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させる焦準手段と、前記収差補正機能付対物レンズとともに前記標本の顕微像を得る結像レンズと、前記結像レンズの結像面に配置された撮像手段と、を含む顕微鏡システムの制御方法であって、
前記収差補正レンズの移動による前記収差補正機能付対物レンズのピントズレ量を表すピントズレ量データを記憶手段に記憶し、
前記焦準手段が前記標本にピントを合わせ、
前記収差補正レンズ移動手段が前記収差補正レンズを所定間隔で移動させる毎に、対応するピントズレ量データを前記記憶手段から読み出し、前記標本にピントが合わせられた位置から前記ピントズレ量データが表すピントズレ量の分だけ前記焦準手段が前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させ、さらに前記撮像手段が前記標本の顕微像を撮影し、当該撮影時の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを当該撮影により得られた撮影画像に関連付けて前記記憶手段に記憶し、
得られた複数の撮影画像をモニター画面上に並べて表示させ、
前記モニター画面上に並べて表示された複数の撮影画像の中から任意の撮影画像を選択し、
選択された撮影画像が撮影された時点の前記収差補正レンズの位置を表す位置データを前記記憶手段から読み出し、当該位置データが表す位置へ前記収差補正レンズを移動させるとともに、対応するピントズレ量データを前記記憶手段から読み出し、当該ピントズレ量データが表すピントズレ量の分だけ、前記標本保持部材と前記収差補正機能付対物レンズとの間隔を変化させる、
ことを特徴とする顕微鏡システムの制御方法。
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