JP2010002534A

JP2010002534A - 顕微鏡装置

Info

Publication number: JP2010002534A
Application number: JP2008159981A
Authority: JP
Inventors: Kanetaka Shinoda; 兼崇篠田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-06-19
Filing date: 2008-06-19
Publication date: 2010-01-07

Abstract

【課題】フォーカスの合った画像を記録する際の使い勝手をより向上させる。
【解決手段】ユーザによりステージ２１が可動範囲の上端にセットされ、画像処理部３１は、標本を撮像する撮像部１３から出力される画像データからコントラスト値を逐次算出し、CPU３４は、画像処理部３１により算出されるコントラスト値が、所定の閾値以上となったか否かを判定する。そして、ユーザによりステージ２１が下方に移動されるに従ってコントラスト値が高くなり、CPU３４は、コントラスト値が所定の閾値以上となったと判定すると、画像データを記録部３２に記録させる制御を行う。本発明は、例えば、顕微鏡装置に適用できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡装置に関し、特に、フォーカスの合った画像を記録する際の使い勝手をより向上させることができるようにした顕微鏡装置に関する。

従来、顕微鏡装置では、オートフォーカス機能により、撮像装置が撮像する画像のピント合わせを自動的に行うことができる。

例えば、顕微鏡装置は、モータなどにより駆動可能な電動ステージと、電動ステージの駆動を制御する制御装置とを備えており、撮像装置により撮像された画像や、電動ステージと対物レンズとの間の距離などに基づいて、制御装置が、標本に焦点が合うようにステージの位置を制御する。このような顕微鏡装置では、電動ステージと撮像装置との間で通信を行う通信装置や、ステージと対物レンズとの距離を測定する測距装置などが必要である。

また、顕微鏡装置では、標本を撮像する際の倍率が高くなるほど、対物レンズと標本との距離が短くなり、対物レンズと標本とが接触する恐れが高くなるため、オートフォーカスにより撮像するときには、より慎重な制御が必要となる。

例えば、特許文献１には、画像のコントラストに基づいて電動ステージを制御し、フォーカスポイントを検出する顕微鏡写真撮影システムが開示されている。

特開平１０−２０２０９号公報

上述したように、顕微鏡装置でオートフォーカスによる撮像を行うには、電動ステージや、通信装置、測距装置などが必要であり、それらの装置を備えていない顕微鏡装置では、オートフォーカスによる撮像を行うことができなかった。例えば、ステージを手動でしか移動させることができない顕微鏡装置では、ユーザが、標本に焦点が合っているか否かを画像から判断したり、その判断を行った後に画像の記録を指示する操作をしなければならず、フォーカスの合った画像を記録するための手間が多く、使い勝手が悪かった。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、例えば、フォーカスの合った画像を記録する際の使い勝手をより向上させることができるようにするものである。

本発明の顕微鏡装置は、対物レンズと、標本を載置し、前記対物レンズの光軸方向に沿って前記対物レンズに対して相対的に移動可能なステージとを有し、前記標本を拡大して観察する顕微鏡装置であって、前記標本を撮像する撮像装置から出力される画像データからコントラスト値を逐次算出する算出手段と、前記算出手段により算出されるコントラスト値が、所定の閾値以上となったか否かを判定する判定手段と、前記判定手段により、前記コントラスト値が所定の閾値以上となったと判定された場合、前記画像データを記録させる制御を行う記録制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の顕微鏡装置においては、標本を撮像する撮像装置から出力される画像データからコントラスト値が逐次算出され、そのコントラスト値が、所定の閾値以上となったか否かが判定される。そして、コントラスト値が所定の閾値以上となったと判定された場合、画像データを記録させる制御が行われる。

本発明の顕微鏡装置によれば、フォーカスの合った画像を記録する際の使い勝手をより向上させることができる。

以下、本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

図１は、本発明を適用した顕微鏡システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。

図１において、顕微鏡システム１１は、標本を拡大して観察するための顕微鏡１２、顕微鏡１２を介して拡大された標本を撮像する撮像部１３、撮像部１３を制御する撮像制御装置１４、撮像部１３により撮像された画像を表示する表示装置１５、および、撮像制御装置１４を操作するのに使用される入力装置１６を備えて構成される。

顕微鏡１２では、ステージ２１に標本が載置され、その標本からの光束が対物レンズ２２により集光されて鏡筒２３内で像をつくり、接眼レンズ２４により拡大された像を肉眼で観察することができる。その際、ユーザが、ハンドル２６を操作してステージ２１を鉛直方向（対物レンズ２２の光軸に沿った方向）に移動させることで、フォーカスが調整される。また、顕微鏡１２には、撮像部１３を装着可能なポート２５が設けられており、鏡筒２３に入射した被写体からの光は、ポート２５にも導入される。

撮像部１３は、CCD（Charge Coupled Device）や、CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)センサなどのイメージセンサを有し、顕微鏡１２のポート２５に接続され、対物レンズ２２を介して標本を拡大して撮像する。また、撮像部１３は、信号ケーブルを介して撮像制御装置１４の画像処理部３１に接続されており、標本を撮像して得られる画像データを所定のフレームレートで撮像制御装置１４に供給する。

画像処理部３１は、撮像部１３から供給される画像データに対して画像処理を施し、画像データから画像を組み立てて、CRT(Cathode Ray Tube)やLCD（Liquid Crystal Display）などからなる表示装置１５に表示させるとともに、記録部３２に画像データを記録させる。

また、画像処理部３１は、撮像部１３から供給される画像データの１フレームごとに、コントラスト値を算出してCPU（Central Processing Unit）３４に供給する。コントラスト値の算出については、例えば、特開平５−３７８４１号公報に開示されているように、所定の空間周波数を抽出するバンドパスフィルター（あるいは、ハイパスフィルター）を用いて、画像処理部３１内で生成した画像データを入力して、出力された値をコントラスト値としている。即ち、コントラスト値は、フォーカスが合っていない画像では低く、フォーカスが合っているときに最も高くなるため、コントラスト値に基づいて合焦を判断することができる。例えば、ステージ２１を移動範囲の上端（標本が対物レンズ２２に接触しない最も高い位置）にセットしたときには、標本にフォーカスが合っていない画像が撮像され、その後、ユーザが顕微鏡１２のハンドル２６を操作して、ステージ２１を徐々に降下させ、標本にフォーカスが近づくに従い、コントラスト値が高くなる。そして、コントラスト値が所定の閾値以上となったときに、フォーカスが合ったと判断することができる。

記録部３２は、例えば、ハードディスクドライブやフラッシュメモリなどから構成され、画像処理部３１から供給される画像データをバッファリングし、画像処理部３１を介したCPU３４の制御に従って、静止画像または動画像の画像データを記録する。

メモリ３３は、ROM（Read Only Memory）や、RAM（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（例えば、EEPROM（Electronically Erasable and Programmable Read Only Memory））などであり、CPU３４が実行するプログラムや、CPU３４の処理に必要なデータを記憶する。例えば、メモリ３３には、CPU３４が、撮像部１３により撮像された画像において標本に焦点が合っているか否かを判定するために、画像処理部３１から出力されるコントラスト値と比較される所定の閾値が記憶されている。なお、閾値は、ユーザが任意に指定することができる。

CPU３４は、メモリ３３に記憶されているプログラムを実行して、撮像制御装置１４の各ブロックを制御する。

例えば、顕微鏡システム１１には、画像を記録するモードとして、ユーザがキーボードやマウスなどからなる入力装置１６を操作して撮像を指示したタイミングで画像を記録する手動モードと、CPU３４が標本にフォーカスが合ったと判定したタイミングで画像を記録する半自動モードとがある。

例えば、ユーザが、ハンドル２６を操作してステージ２１を移動範囲の上端に移動させ、入力装置１６を操作して顕微鏡システム１１のモードを半自動モードに設定すると、CPU３４は、画像処理部３１から順次供給されるコントラスト値と、メモリ３３に記憶されている閾値との比較を開始する。その後、ユーザが、ハンドル２６を操作してステージ２１を下方に徐々に移動させて、画像処理部３１が算出するコントラスト値が閾値以上になると、CPU３４は、そのタイミングで撮像された画像データを記録するように記録部３２を制御し、記録部３２は画像データを記録する。

また、画像処理部３１は、例えば、撮像部１３により撮像された画像の全体から、画像のコントラスト値を算出する他、撮像部１３により撮像された画像のうちの、ユーザにより指定された領域からコントラスト値を算出することができる。例えば、顕微鏡システム１１では、顕微鏡システム１１のモードを設定したり、コントラスト値を算出する領域を設定するための設定画面が表示装置１５に表示され、ユーザは、入力装置１６を操作して各種の設定を行うことができる。

図２には、表示装置１５に表示される設定画面の表示例を示す図である。

図２において、設定画面４１には、撮像部１３により撮像されている画像をリアルタイムに表示する撮像画像表示部４２、および、顕微鏡システム１１のモードを半自動モードに設定するときに操作されるGUI（Graphical User Interface）である設定ボタン４３が表示される。また、設定画面４１には、顕微鏡システム１１のモードを半自動モードに設定する際の注意事項「ステージを上端にセットした後、モードをオンにして下さい」が表示されている。

例えば、ユーザが、入力装置１６であるマウスを操作して、設定ボタン４３を操作すると、その操作を示す情報がCPU３４に供給され、CPU３４は、顕微鏡システム１１のモードを、半自動モードに設定し、画像処理部３１を制御して、コントラスト値の算出を開始させる。また、顕微鏡システム１１のモードが半自動モードであるときに、ユーザが設定ボタン４３を操作すると、半自動モードがオフにされる。

また、ユーザが、入力装置１６を操作して、撮像画像表示部４２の任意の２点を指示すると、その２点を対角とした矩形の検出エリア４４が表示され、検出エリア４４により囲われた領域が、コントラスト値が算出される領域として設定される。また、ユーザは、入力装置１６を操作して、検出エリア４４の四隅を移動させると、コントラスト値が算出される領域が変更される。このように検出エリア４４により指定された領域を示す情報は、CPU３４を介して画像処理部３１に供給され、画像処理部３１は、その情報に基づく領域からコントラスト値を算出する。

次に、図３は、図１の撮像制御装置１４が半自動モードで画像データを記録する処理を説明するフローチャートである。

例えば、ユーザは、顕微鏡１２のステージ２１に標本をセットし、ハンドル２６を操作して、ステージ２１を上端に移動させる。その後、撮像部１３がステージ２１上の標本の撮像を開始し、その画像データが画像処理部３１に供給され、表示装置１５に設定画面４１（図２）が表示されると処理が開始される。

ステップＳ１１において、CPU３４は、ユーザによる入力装置１６の操作に応じて、画像処理部３１に、コントラスト値が算出される領域を設定する。即ち、図２を参照して説明したように、ユーザが検出エリア４４を指定すると、CPU３４は、検出エリア４４により指定された領域を示す情報に基づき、画像処理部３１がコントラスト値を算出する領域を設定する。また、ユーザが検出エリア４４を指定しなかった場合には、CPU３４は、画像の全体を、コントラスト値が算出される領域として画像処理部３１に設定する。

ステップＳ１１の処理後、処理はステップＳ１２に進み、CPU３４は、ユーザが入力装置１６を操作して設定ボタン４３を操作するまで処理を待機し、設定ボタン４３を操作した情報が入力装置１６から供給されると、顕微鏡システム１１のモードを半自動モードにセットする。例えば、CPU３４は、画像処理部３１に、画像のコントラスト値を算出して供給するように指示し、メモリ３３から閾値を読み出す。

ステップＳ１３において、画像処理部３１は、ステップＳ１１で設定された領域のコントラスト値の算出を開始し、逐次、コントラスト値をCPU３４に供給する。

ステップＳ１３の処理後、処理はステップＳ１４に進み、CPU３４は、メモリ３３から読み出した閾値と、画像処理部３１から供給されるコントラスト値を比較し、コントラスト値が閾値以上となったか否かを判定する。

CPU３４は、ステップＳ１４においてコントラスト値が閾値以上となったと判定するまで、コントラスト値と閾値とを比較する処理を繰り返し、コントラスト値が閾値以上となったと判定した場合、処理はステップＳ１５に進む。

ステップＳ１５において、CPU３４は、画像処理部３１から出力される画像データを記録するように、画像処理部３１を介して記録部３２を制御し、記録部３２は画像データを記録して、処理は終了される。

以上のように、顕微鏡システム１１では、CPU３４が、画像のコントラスト値に基づいて画像を記録させるので、ユーザが、半自動モードに設定した後はハンドル２６を操作するだけで、フォーカスが合った画像を記録することができる。

即ち、従来、ステージを手動でしか移動させることができない顕微鏡装置では、ユーザが、フォーカスが合っているか否かを判断したり、その判断を行った後に画像の記録を指示する操作をしなければならず手間が多かった。

これに対し、顕微鏡システム１１では、ユーザがフォーカスを合っているか否かを判断することも、画像の記録を指示する操作をすることもないので、フォーカスが合った画像を記録する処理にかかる手間を減らすことができ、これにより、使い勝手をより向上させることができる。また、観察にかかる時間も短縮することができる。

また、オートフォーカス機能によりピント合わせを自動的に行う顕微鏡装置では、電動ステージや、通信装置、測距装置などが必要であり、装置が大型化するとともに、コストも高くなっていた。これに対し、顕微鏡システム１１では、電動ステージや、通信装置、測距装置などは必要なく、装置を小型化することができるとともに、低コストの装置でフォーカスの合った画像を記録することができる。即ち、電動ステージを備えていない顕微鏡１２において、ピント合わせを半自動的に行うことができる。

また、ユーザがコントラスト値を算出する領域を指定することができるので、標本の中の任意の観察対象物（細胞など）にフォーカスを合わせることができる。例えば、画像全体からコントラスト値を算出した場合には、ステージ２１を降下させていくと、標本のうちの高い部分にフォーカスが合った画像が記録される。これに対し、ユーザが指定した領域からコントラスト値を算出することで、その高い部分にフォーカスが合っても画像が記録されず、さらにステージ２１を降下させて、任意の観察対象物にフォーカスが合った画像を記録することができる。

さらに、標本を撮像する際の倍率が高い場合や、標本に高い部分がある場合などには、オートフォーカス機能を有する顕微鏡装置では、対物レンズが標本に接触する恐れがあるが、顕微鏡システム１１では、処理を開始する前に、ユーザが、ステージ２１の位置を、標本を視認しながら手動でセットするので、対物レンズが標本に接触することを回避することができる。

なお、例えば、顕微鏡システム１１において、顕微鏡１２にステージ２１の位置を確認するセンサを設けることができる。例えば、ステージ２１の位置が可動範囲の上端（対物レンズ側の端）であることを検出する上端検出センサを設け、上端検出センサによりステージ２１の位置が上端であることを検出しなければ、半自動モードがオンにならないようにすることができる。即ち、上端検出センサによりステージ２１の位置が上端であることを検出した場合に、半自動モードがオンにすることができるようにすることができる。これにより、半自動モードでステージ２１が移動する方向は下方に限定され、フォーカスを合わせる途中で対物レンズが標本に接触することがない。また、ユーザが、ステージ２１の移動可能な上端の位置を、例えば、標本の高さに応じて設定することができるようにしてもよい。

また、上端検出センサの他に、ステージ２１の位置を検出するエンコーダを顕微鏡１２に設けることができる。即ち、画像処理部３１は、画像データの１フレームごとにコントラスト値を算出するが、ユーザによるステージ２１の移動が早すぎる場合には、フォーカスが合っているか否かを正確に判定することができなくなるため、画像データのフレームレートに合わせて適切な速度でステージ２１を移動させるように、エンコーダの出力に基づいて、ステージ２１の移動速度が速すぎる場合には、例えば、その旨を警告するメッセージを表示装置１５に表示させることができる。これにより、フォーカスが合っているか否かを正確に判定することができる。なお、ステージ２１の移動速度は撮像部１３のフレームレートに基づいて設定される。

また、撮像制御装置１４では、フォーカスが合ったと判定した画像データを１枚だけ記録させるのではなく、その画像データの前後の所定枚数の画像データを記録させることができる。即ち、記録部３２は、画像処理部３１から供給される画像データをバッファリングしており、フォーカスが合ったと判定される前の画像データも一時的に記憶されているので、フォーカスが合ったと判定された画像データの前後の画像データを記録させることができる。これにより、ユーザは、記録部３２に記録された所定枚数の画像データを確認し、最適なフォーカスの画像を残すことができる。

さらに、撮像制御装置１４では、撮像部１３のレンズの特性に応じて、フォーカスが合ったと判定されてから画像データを記録するまでの時間（タイムラグ）を設定することができる。

なお、撮像制御装置１４では、フォーカスが合ったと判定されたときに、その旨をユーザに知らせるための音声を出力することができる。これにより、ユーザは、その音声が出力されると、ステージ２１の移動速度を低下させたり、ステージ２１を停止させることができ、ぼけが少ない画像を記録することができる。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

本発明を適用した顕微鏡システムの一実施の形態の構成例を示すブロック図である。表示装置１５に表示される設定画面の表示例を示す図である。撮像制御装置１４が半自動モードで画像を記録する処理を説明するフローチャートである。

符号の説明

１１顕微鏡システム，１２顕微鏡，１３撮像部，１４撮像制御装置，１５表示装置，１６入力装置，２１ステージ，２２対物レンズ，２３鏡筒，２４接眼レンズ，２５ポート，２６ハンドル，３１画像処理部３１，３２記録部，３３メモリ，３４ CPU，４１設定画面，４２撮像画像表示部，４３設定ボタン，４４検出エリア

Claims

対物レンズと、標本を載置し、前記対物レンズの光軸方向に沿って前記対物レンズに対して相対的に移動可能なステージとを有し、前記標本を拡大して観察する顕微鏡装置において、
前記標本を撮像する撮像装置から出力される画像データからコントラスト値を逐次算出する算出手段と、
前記算出手段により算出されるコントラスト値が、所定の閾値以上となったか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により、前記コントラスト値が所定の閾値以上となったと判定された場合、前記画像データを記録させる制御を行う記録制御手段と
を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
前記画像データから前記コントラスト値が算出される領域を設定する設定手段をさらに備え、
前記算出手段は、前記設定手段により設定された領域のコントラスト値を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
前記標本が載置され、前記対物レンズの光軸に沿って移動可能な前記ステージの位置が、その可動範囲の前記対物レンズ側の端であることを検出する検出手段を
さらに備えることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。