JP2011145470A - 顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】画面の移動に合わせてＸＹステージを適切に移動させることにより、使い勝手の良い、画像回転機能を備えた撮影機能付き顕微鏡を提供すること。
【解決手段】試料を保持する試料保持部と、対物レンズおよび結像レンズを介して前記試料の像を結ぶ結像光学系と、前記結像光学系の光軸に直行するＸＹ平面内で前記試料保持部を任意のＸＹ方向に移動させるＸＹステージ部と、前記結像光学系により結像された試料画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された前記試料画像を表示する表示部と、前記光軸を中心にして前記ＸＹステージ部もしくは前記撮像装置を回転させ、または前記表示部の画面に直交する軸を中心にして前記表示部を回転させる回転部と、前記表示部に表示される前記試料画像が画面内で回転するように、前記ＸＹステージ部および前記回転部を制御する制御部とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料を観察するための撮影装置付き顕微鏡に関し、特に、撮影した試料画像を任意の角度に回転させて観察することが可能な回転機構を備えた顕微鏡に関する。

従来、微細な試料を拡大観察し、写真やビデオに撮影および記録できる顕微鏡は、工業分野をはじめ生物分野の研究や検査工程などで幅広く利用されている。このような分野の中では顕微鏡をより簡単に使用したいという要求が高まっており、それに応じた制御ソフトウェアが多く開発されている。

例えば、ミクロ観察時のフレーミング操作を簡易化するため、マクロ画像上にミクロ観察用のフレーミング枠を表示し、枠の大きさをミクロ観察時の画面サイズに見立てて枠の大きさを指定することでミクロ観察用倍率を指定したり、枠の中心位置をミクロ観察時の画面中心に見立てて枠の位置を指定することでミクロ観察用のステージ位置を指定したりする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、方向性を持つ試料を撮影対象とする場合には、複数の試料の撮影結果同士を目視で比較するため、試料画像を回転させて表示させたいという要望がある。これに対し、一般にはカメラまたは試料（または試料を保持するホルダ）を撮影光軸に対する垂直平面上で回転可能とするようなハードウェアの機構が従来から提供されている。

特開平５−４０２３０号公報

しかしながら、上述のような技術に関して、画像を回転させた際に、以下のような問題が発生する場合があった。
すなわち、画像を回転させる際に、画面上のＸＹ軸方向とＸＹステージのＸＹ軸方向の不一致が生じる構造の場合、ＸＹステージの移動方向と画面上での移動方向が一致しなくなってしまう。その結果、フレーミング枠の位置が誤認識され、ミクロ観察時に狙い通りの場所へＸＹステージを移動させられない、という問題点があった。

本発明は、上述のような実状に鑑みたものであり、画面の移動に合わせてＸＹステージを適切に移動させることにより、使い勝手の良い、画像回転機能を備えた撮影機能付き顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の顕微鏡は、試料を保持する試料保持部と、対物レンズおよび結像レンズを介して前記試料の像を結ぶ結像光学系と、前記結像光学系の光軸に直行するＸＹ平面内で前記試料保持部を任意のＸＹ方向に移動させるＸＹステージ部と、前記結像光学系により結像された試料画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された前記試料画像を表示する表示部と、前記光軸を中心にして前記ＸＹステージ部もしくは前記撮像装置を回転させ、または前記表示部の画面に直交する軸を中心にして前記表示部を回転させる回転部と、前記表示部に表示される前記試料画像が画面内で回転するように、前記ＸＹステージ部および前記回転部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡は、前記画面内で前記試料画像が回転するための回転角度を入力する回転角度入力手段をさらに備え、前記制御手段が、前記回転角度入力手段によって入力された回転角度に基づいて、前記ＸＹステージ部によって移動させる前記試料保持部の移動方向を算出し、算出された前記移動方向に従って前記ＸＹステージ部を移動させることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、前記回転角度入力手段が、オペレータが指示する角度データを回転角度として入力することが望ましい。
また、本発明の顕微鏡は、前記回転部が前記ＸＹステージ部、前記撮像装置または前記表示部を回転させる回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備え、前記回転角度入力手段が、前記回転角度検出手段によって検出された回転角度を入力とすることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、前記表示部に表示されている表示画像の回転角度を算出する表示画像回転角度算出手段をさらに備え、前記回転角度入力手段が、前記表示画像回転角度算出手段によって算出された回転角度を入力とすることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、前記表示画像回転角度算出手段が、コンピュータマウスのドラッグ操作に応じて前記表示部の中央を中心とした回転角度を算出することが望ましい。
また、本発明の顕微鏡は、前記表示画像回転角度算出手段が、前記表示画面の中央を起点として表示された線状マークのコンピュータマウスによるドラッグ操作に応じて、前記起点を中心とした前記線状マークの回転角度を算出することが望ましい。

本発明は、画像回転時に画面上のＸＹ軸方向とＸＹステージのＸＹ軸方向の不一致が起こる構造の場合であっても、使い勝手を損なうことのない画像回転機能を備えた撮影機能付き顕微鏡を提供することができる、という効果を奏する。

本発明を適用した顕微鏡の概略を示す図である。 第１の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。 制御部１０２において実行される回転制御処理プログラムの流れを示すフローチャートである。 表示部１０９に表示されるＧＵＩの例を示す図である。 補正の例を説明するための図である。 第２の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。 第３の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。 第４の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。 ライブ画像上のドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。 指標となる線状マークを用いてドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。

以下、本発明の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。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用した顕微鏡の概略を示す図である。

図１において、顕微鏡１００は、ＸＹステージ部１０３、ホルダ部１０４、結像光学系１０６、回転部１０７およびカメラ部１０８を備え、試料１０５を撮像することが可能である。

結像光学系１０６は、観察対象である試料１０５に対して光を照射し、試料１０５からの光を対物レンズおよび結像レンズを介して受光し、前記試料１０５の像を結ぶ。カメラ部１０８は、例えばＣＣＤカメラ等であり、前記結像光学系１０６により結像された試料画像を撮像する。

ホルダ部１０４は、試料１０５を保持し、ＸＹステージ部１０３は、前記結像光学系１０６の光軸に直行するＸＹ平面内で前記ホルダ部１０４を任意のＸ方向またはＹ方向に移動させる。

回転部１０７は、前記結像光学系１０６の光軸を中心にして、前記カメラ部１０８を回転させる。
図２は、第１の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。

図２において、顕微鏡１００Ａは、図１を用いて説明した顕微鏡１００が備える各構成に加え、入力部１０１、制御部１０２および表示部１０９を備える。
入力部１０１は、顕微鏡１００Ａに対する様々なデータ、情報または指示を入力する。制御部１０２は、入力部１０１と接続され、入力部１０１によって入力された情報または指示に基づいて、顕微鏡１００Ａの各部および全体を統括的に制御する。

表示部１０９は、例えば液晶表示装置であり、前記カメラ部１０８により撮像された前記試料画像を表示する。また、制御部１０２は、前記表示部１０９に表示されている前記試料画像が画面内で回転するように指示された場合、前記ＸＹステージ部１０３および前記回転部１０７を制御する。そして、その回転の後に前記表示部１０９に表示されている領域を移動させたような場合、制御部１０２は、後述する回転制御処理プログラムを実行することにより、前記ＸＹステージ部１０３を制御する。

このような場合の指示は、前記入力部１０１を用いる。例えば、前記入力部１０１は、前記表示部１０９の画面内で前記試料画像が回転するための回転角度を入力することが可能である。入力部１０１によって前記表示部１０９の画面内で前記試料画像が回転するための回転角度が入力されると、制御部１０２は、入力された回転角度と前記表示部１０９での移動量とに基づいて、前記ＸＹステージ部１０３によって移動させるホルダ部１０４の移動方向を算出する。そして、制御部１０２は、算出された前記移動方向に従って前記ＸＹステージ部１０３を移動させる。

図３は、制御部１０２において実行される回転制御処理プログラムの流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ３０１において、例えば、表示部１０９に表示されたエディットボックスに対して、オペレータが角度データを指示または入力することにより、回転角度を入力する。この入力された回転角度に応じて、回転部１０７が前記カメラ部１０８を回転させる。

次に、その回転の後に前記表示部１０９に表示されている領域を移動させたような場合、ステップＳ３０２において、その移動量を検出する。そして、ステップＳ３０３において、入力された回転角度と前記表示部１０９での移動量とに基づいて、前記ＸＹステージ部１０３によって移動させるホルダ部１０４の移動方向を算出する。具体的には、前記表示部１０９での移動前後の位置を表示座標軸からステージ座標軸へ座標軸変換する。

そして、ステップＳ３０４において、算出された前記移動方向に従って前記ＸＹステージ部１０３を移動させる。

図４は、表示部１０９に表示されるＧＵＩの例を示す図である。
図４において、表示部１０９は、ライブ表示部２０１、ＸＹ移動指示部２０２、回転指示部２０３、及び撮像指示部２０４で構成されている。

ライブ表示部２０１は、試料１０５のライブ画像を表示する。ＸＹ移動指示部２０２は、試料１０９をライブ表示部２０１に対して上下左右方向へ移動させるための指示を入力する。回転指示部２０３は、ライブ表示部２０１の中央を中心にして試料画像を回転させるための指示を、オペレータの操作により入力する。図４に示した例では、５度回転させる。撮像指示部２０４は、カメラ部１０８による撮像を指示する。

いま、図４に示したような試料１０５のライブ画像が画像表示部２０１に表示されているとする。このとき、オペレータがＸＹステージ部１０３の移動を指示した場合、指示通りの方向へ観察ポイントを移動させるためには、カメラ部１０８の回転量を踏まえた上で適切に前記ＸＹステージ１０３の位置を補正しなければならない。この補正は、例えば以下のように行う。

まず、オペレータが前記回転指示部２０３からθ度の回転を指示したとする。すると、その指示は入力部１０１、制御部１０２を介して回転部１０７Ａへと伝えられることにより、回転部１０７Ａが前記カメラ部１０８をθ度分回転させる。そして、その結果、ライブ画像がライブ表示部２０１の中央を中心にしてθ度回転して表示される。なお、説明の都合上、角度θはＸＹステージ部１０３の測定ポイント移動方向と画像上の測定ポイント移動方向が一致する時の角度を０度と考える。

次に、オペレータがＸＹステージ部１０３の移動を指示したとする。この時、ライブ表示部２０１で指示した方向へ観察ポイントが移動するためには、その時点での回転角に応じて移動先座標を変換する必要がある。変換は以下のように行う。

図５に示したように、回転角をθ、ライブ画像上の移動先のＸ座標をＸａ、ライブ画像上の移動先のＹ座標をＹａとする。この時、変換後の移動先のＸ座標Ｘ´ａ、及び変換後の移動先のＹ座標Ｙ´ａは、下記の式（１）のように表わされる。
Ｘ´ａ＝（Ｘａ²＋Ｙａ²）^1/2×ｃｏｓ（ａｔａｎ（Ｙａ／Ｘａ）−θ），
Ｙ´ａ＝（Ｘａ²＋Ｙａ²）^1/2×ｓｉｎ（ａｔａｎ（Ｙａ／Ｘａ）−θ） ・・・（１）

したがって、ライブ画像上でＸａ、Ｙａの地点への移動が指示された場合は、実際には上記式（１）によって変換されたＸ´ａ、Ｙ´ａへＸＹステージ部１０３を移動させることにより、ライブ画面上で指示した通りの地点のライブ画像を表示することができる。

例えば、θ＝３０°、Ｘａ＝１、Ｙａ＝３^1/2の場合、
Ｘ´ａ＝２×ｃｏｓ（ａｔａｎ（３^1/2／１）−３０°）＝２×ｃｏｓ（３０°）＝２×３^1/2／２＝３^1/2
Ｙ´ａ＝２×ｓｉｎ（ａｔａｎ（３^1/2／１）−３０°）＝２×ｓｉｎ（３０°）＝２×１／２＝１
と変換される。

以上説明したように、本実施の形態によれば、画像を回転させる際に画面上のＸＹ軸方向とＸＹステージのＸＹ軸方向の不一致が生じる構造の場合でも、ライブ画像を回転させた状態でＸＹステージ１０３の移動を指示した時も、回転させていない状態と同じように狙い通りの地点へ移動させることが出来る。

（第２の実施の形態）
次に、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。
図６は、第２の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。

図６において、顕微鏡１００Ｂは、図１および図２を用いて説明した回転部１０７Ａの代わりに回転部１０７Ｂを備える。カメラ部１０８を回転させる回転部１０７Ａに対して、回転部１０７ＢはＸＹステージ部１０３を回転させる。

この構成により、回転中心と視野中心との位置関係を常に維持したままで試料１０５を回転させることができる。
（第３の実施の形態）

次に、本発明を適用した第３の実施の形態について説明する。
図７は、第３の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。
図７において、顕微鏡１００Ｃは、図１および図２を用いて説明した回転部１０７Ａの代わりに回転部１０７Ｃを備える。カメラ部１０８を回転させる回転部１０７Ａに対して、回転部１０７Ｃは表示部１０９を回転させる。

この構成により、カメラ部８０８で撮影された画像に回転処理を施してから表示部８０９に表示させることができる。
（第４の実施の形態）

次に、本発明を適用した第４の実施の形態について説明する。
図８は、第４の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。
図８において、顕微鏡８００は、図１および図２を用いて説明した第１の実施の形態における顕微鏡１００が備える各構成に加え、角度検出部８１０を備える。

上述の第１の実施の形態では、オペレータの操作により回転指示部２０３で指示された回転角度が、入力部１０１によって入力される。本第４の実施の形態においては、オペレータの手動でメカ的または電気的操作により回転部１０７Ａがカメラ部１０８の回転を指示した場合も、角度検出部８１０がその回転角度を検出することができる。

例えば、図８において、回転部１０７Ａと接続された角度検出部８１０は、ロータリーエンコーダ等のハードウェアを用いて角度を検出したり、ＸＹステージ部１０３を移動させた際の移動前後の画像から移動方向を算出して角度を検出したりすることができる。これにより、オペレータが手動で回転部１０７Ａがカメラ部１０８の回転を指示した場合も直ちにその回転角度（回転量）を把握することができる。

（第５の実施の形態）
次に本発明を適用した第５の実施の形態について説明する。
図４を用いて説明した第１の実施の形態における回転角度の指示は、オペレータが数値を直接入力したり、一定量間隔でステップ移動させる方法で回転を指示したりすることが可能である。しかしながら、数値から実際の回転結果をイメージし難いため、オペレータにとって使いやすいＧＵＩとは言い切れない。そこで、次のようなＧＵＩを用いることもできる。

図９は、ライブ画像上のドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。
図９に示した例は、コンピュータマウスのドラッグ操作を用いる例である。

オペレータが地点９０１でマウスクリックして矢印方向にドラッグすると、それに追従して試料画像がライブ画面の中心を軸に回転する。オペレータは画面を見ながら望ましい角度まで回転したところでドロップする。すると、制御部１０２が、コンピュータマウスのドラッグ操作に応じて、すなわち、ドラッグ開始前の角度とドロップした地点９０２の角度との差分から回転角度θの値を求め、その値を元に上述したような回転処理を施す。

図９に示した例は、ライブ画面の中心を軸に描いた円の内側の画像だけを回転させた例である。ドラッグ時に回転させる部位は画面全体であっても良いし、処理速度向上のために図９の例のように一部分だけを回転させてもよい。

図１０は、指標となる線状マークを用いてドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。
また、図１０に示したように、画面上にライブ画面中心を起点とする線状マーク１００１を描画し、画像の代わりにその線状マーク１００１をドラッグして回転させてもよい。図１０の方法によれば、ライブ画像と無関係に且つ直感的に回転角を決定することができる。

以上本発明を適用した各実施の形態を説明してきたが、本発明は、以上に述べた各実施の形態等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内で種々の構成または形状を取ることができる。

１００、１００Ａ、１００Ｂ、１００Ｃ 顕微鏡
１０３ ＸＹステージ部
１０４ ホルダ部
１０６ 結像光学系
１０７、１０７Ａ、１０７Ｂ、１０７Ｃ 回転部
１０８ カメラ部
１０５ 試料
１０１ 入力部
１０２ 制御部
１０９ 表示部
２０１ ライブ表示部
２０２ ＸＹ移動指示部
２０３ 回転指示部
２０４ 撮像指示部
８００ 顕微鏡
８１０ 角度検出部
９０１、９０２ 地点
１００１ 線状マーク

Claims (7)

1. 試料を保持する試料保持部と、
   対物レンズおよび結像レンズを介して前記試料の像を結ぶ結像光学系と、
   前記結像光学系の光軸に直行するＸＹ平面内で前記試料保持部を任意のＸＹ方向に移動させるＸＹステージ部と、
   前記結像光学系により結像された試料画像を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置により撮像された前記試料画像を表示する表示部と、
   前記光軸を中心にして前記ＸＹステージ部もしくは前記撮像装置を回転させ、または前記表示部の画面に直交する軸を中心にして前記表示部を回転させる回転部と、
   前記表示部に表示される前記試料画像が画面内で回転するように、前記ＸＹステージ部および前記回転部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡。
2. 前記画面内で前記試料画像が回転するための回転角度を入力する回転角度入力手段、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記回転角度入力手段によって入力された回転角度に基づいて、前記ＸＹステージ部によって移動させる前記試料保持部の移動方向を算出し、算出された前記移動方向に従って前記ＸＹステージ部を移動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記回転角度入力手段は、オペレータが指示する角度データを回転角度として入力する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
4. 前記回転部が前記ＸＹステージ部、前記撮像装置または前記表示部を回転させる回転角度を検出する回転角度検出手段、
   をさらに備え、
   前記回転角度入力手段は、前記回転角度検出手段によって検出された回転角度を入力とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
5. 前記表示部に表示されている表示画像の回転角度を算出する表示画像回転角度算出手段、
   をさらに備え、
   前記回転角度入力手段は、前記表示画像回転角度算出手段によって算出された回転角度を入力とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
6. 前記表示画像回転角度算出手段は、コンピュータマウスのドラッグ操作に応じて前記表示部の中央を中心とした回転角度を算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
7. 前記表示画像回転角度算出手段は、前記表示画面の中央を起点として表示された線状マークのコンピュータマウスによるドラッグ操作に応じて、前記起点を中心とした前記線状マークの回転角度を算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。