JP4696911B2

JP4696911B2 - 顕微鏡デジタル画像取得システム

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Publication number: JP4696911B2
Application number: JP2005503031A
Authority: JP
Inventors: 隆種村; 兼崇篠田
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2003-03-03
Filing date: 2004-03-02
Publication date: 2011-06-08
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Description

本発明は、顕微鏡と撮像装置からなる顕微鏡デジタル画像取得システムに関する。

従来、顕微鏡デジタル画像取得システムにおいては、図１４に示すように、物体の拡大像を結像する光学系を形成する顕微鏡ユニット８１と、この顕微鏡ユニット８１の作動を制御して光学系の物体への合焦等をＡＦユニット９５を用いて行う顕微鏡制御装置８２からなる顕微鏡８３と、顕微鏡８３に取付けられて光学系から出射した物体の拡大像を検出する撮像素子（ＣＣＤ等）を有するカメラヘッドユニット８４と、撮像素子で検出された検出信号を処理して画像情報を出力するカメラ制御装置８５とからなる撮像装置８６を有して構成されて、顕微鏡８３と撮像装置８６がそれぞれコンピュータ８７のような外部制御機器に接続されて、この外部制御機器（コンピュータ８７）から作動が制御されて物体のデジタル画像を得るように構成されている。このとき、これらの構成装置８３，８６，８７は、それぞれが電源ケーブル９２，９３，９４を有し、また、各装置間は多数の接続ケーブル８８，８９，９０，９１で接続されている。

また、顕微鏡８３のデジタル画像を得るために、コンピュータ８７で実行される処理は、図１５に示すように、電源投入Ｓ１６０した後、コンピュータ８７が顕微鏡８３の装置情報を収集する処理Ｓ１６１，Ｓ１６２、コンピュータ８７が撮像装置８６の装置情報を収集する処理Ｓ１６３，Ｓ１６４、これらの装置情報に基づいて、コンピュータ８７が顕微鏡制御装置８２に制御コマンドを送信して顕微鏡ユニット８１を制御して物体に光学系を合焦させる処理Ｓ１６５〜Ｓ１７３、及び、コンピュータからカメラ制御装置８５に制御コマンドを送信して、物体の画像情報を得る処理Ｓ１７４，Ｓ１７５等から構成され、多数の機器との間でデータ（制御コマンド等）の送受信等を行い、同時に、多数の処理を実行している。

また、特開平１１−９５１２５号公報には、顕微鏡デジタル画像撮影システムが開示されており、この開示例も上述と同様にマイクロコンピュータが多数の処理を同時に実行してる。

しかしながら、特開平１１−９５１２５号公報の開示例では、画像処理部内のマイクロコンピュータが顕微鏡制御ユニット、フレームメモリ及びカメラ制御ユニットに対して頻繁な通信及びそれらの処理を実行する必要があり、応答性、操作性が悪化し、処理速度が低下するという虞があった。

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、顕微鏡制御装置とカメラ制御装置とを繋いで制御コマンド等の送受信を行う通信手段を有するように構成し、顕微鏡制御装置とカメラ制御装置が協調して動作するようにし、処理速度を高速化した顕微鏡デジタル画像取得システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る顕微鏡デジタル画像取得システムは、物体の拡大像を結像する光学系を構成する顕微鏡ユニットと、前記顕微鏡ユニットに接続され、前記顕微鏡ユニットの作動を制御する顕微鏡制御装置とからなる顕微鏡と、
前記顕微鏡に取付けられ、前記光学系から出射される拡大像を検出する撮像素子を有するカメラヘッドユニットと、前記カメラヘッドユニットに接続され、前記カメラヘッドユニットの動作を制御するカメラ制御装置とからなる撮像装置とを有して構成される顕微鏡デジタル画像取得システムにおいて、
前記顕微鏡制御装置或いは前記カメラ制御装置のいずれか一方の装置に接続され、前記システムに対して動作の指示を行う動作指示手段と、
前記顕微鏡制御装置と前記カメラ制御装置とに接続されて、前記顕微鏡制御装置と前記カメラ制御装置との間の通信を行う通信手段と、
前記顕微鏡ユニットに設けられ、前記光学系を前記物体に合焦させる合焦装置と、
前記顕微鏡ユニットに設けられ、前記物体を照明する照明装置とを有し、
前記動作指示手段の接続された前記一方の装置は、前記動作指示手段の指示内容を判断し、自身の装置で実行処理するものか、或いは前記通信手段を介して前記指示内容に応じた制御コマンドを他方の装置に送信し、他方の装置で実行処理するものかを判断すると共に、前記通信手段を介してお互いに協調して、
前記顕微鏡制御装置が、前記制御コマンドに基づいて前記合焦装置の作動を制御して前記光学系を前記物体に合焦させる合焦機能、および前記制御コマンドに基づいて前記照明装置を制御して照度を調節する照度調節機能を有する場合には、前記カメラ制御装置が、前記カメラヘッドユニットの前記撮像素子から得た検出信号に基き前記光学系を合焦させるための焦点情報を算出し、前記焦点情報に基づいて前記制御コマンドを前記顕微鏡制御装置に送信して前記合焦機能により前記光学系を前記物体に合焦させ、また、前記撮像素子から得た検出信号に基き前記照明装置の照度を調節するための光源強度情報を算出し、前記光源強度情報に基づいて前記制御コマンドを前記顕微鏡制御装置に送信して前記照度調節機能により照度を調節する動作をする、
または、前記カメラ制御装置が、前記制御コマンドに基づいて前記カメラヘッドユニットの前記撮像素子から得た検出信号から前記光学系を合焦させるための焦点情報を算出する焦点情報算出機能、および前記制御コマンドに基づいて前記撮像素子から得た検出信号から前記照明装置の照度を調節する光源強度情報を算出する光源強度情報算出機能を有する場合には、前記顕微鏡制御装置が、前記カメラ制御装置に前記制御コマンドを送信して、前記焦点情報算出機能により前記焦点情報を算出させ、前記焦点情報に基づいて前記合焦装置の作動を制御して前記光学系を前記物体に合焦させ、また、前記カメラ制御装置に前記制御コマンドを送信して、前記光源強度情報算出機能により前記光源強度情報を算出させ、前記光源強度情報に基づいて照度を調節する動作をする、
ように構成されることが好ましい。

また、このように構成された顕微鏡デジタル画像取得システムにおいて、前記通信手段が一対のコネクタを有し、前記コネクタの一方が前記顕微鏡に設けられ、前記コネクタの他方が前記撮像装置に設けられて、前記撮像装置が前記顕微鏡に取付けられたときに、前記コネクタにより前記通信手段が接続されるように構成されることが好ましい。

また、このような通信手段はＵＳＢケーブルで構成することが好ましい。

また、前記カメラ制御装置が内部記憶装置を有し、前記カメラ制御装置が、前記撮像素子から出力された物体の画像情報と、前記撮像装置の装置情報及び前記通信手段を経由して得られた前記顕微鏡の装置情報とを関連付けて、前記内部記憶装置に格納するように構成されることが好ましい。

また、前記顕微鏡制御装置が、前記内部記憶装置に予め記憶された顕微鏡制御装置用ファームウェアを、前記通信手段を介して得て、前記顕微鏡制御装置のファームウェアを書き換えるように構成することが好ましい。

また、前記カメラ制御装置が外部記憶装置を有し、前記カメラ制御装置が、前記画像情報と、前記撮像装置の装置情報及び前記通信手段を経由して得られた前記顕微鏡の装置情報とを関連付けて、前記外部記憶装置に格納するように構成することが好ましい。

また、前記顕微鏡制御装置が、前記外部記憶装置に予め記憶された顕微鏡制御装置用ファームウェアを、前記通信手段を介して得て、前記顕微鏡制御装置のファームウェアを書き換えるように構成することが好ましい。

また、前記顕微鏡と前記撮像装置とが、前記通信手段を用いてユニットＩＤを交換して初期設定をする初期設定手段を有するように構成することが好ましい。

また、前記撮像装置は、前記動作指示手段からの前記制御コマンドを受信する第１インターフェース部と、前記顕微鏡に前記制御コマンドを送信する第２インターフェース部とを有するように構成することが好ましい。

また、前記撮像装置は、前記制御コマンドに応じて前記カメラヘッドユニットを制御して前記物体の拡大像を検出し、前記第２インターフェース部を介して前記顕微鏡を制御するように構成することが好ましい。

また、前記顕微鏡は、前記動作指示手段からの前記制御コマンドを受信する第４インターフェース部と、前記カメラユニットに前記制御コマンドを送信する第３インターフェース部とを有するように構成することが好ましい。

また、前記顕微鏡は、前記制御コマンドに応じて前記顕微鏡の動作を制御して前記物体の拡大像を結像し、前記第３インターフェース部を介して前記撮像装置を制御するように構成することが好ましい。

また、前記顕微鏡は、前記動作指示手段からの前記制御コマンドを受信する第４インターフェース部と、前記カメラユニットに前記制御コマンドを送信する第３インターフェース部とを有し、前記第２インターフェース部と前記第３インターフェース部とを直結する信号線を有し、前記撮像装置と前記顕微鏡とが協調動作するように構成することが好ましい。

本発明に係る顕微鏡デジタル画像取得システムによれば、顕微鏡制御装置とカメラ制御装置とを繋いで制御コマンド等の送受信を行う通信手段により、顕微鏡制御装置とカメラ制御装置が協調して動作するように構成することにより、装置間で処理が分散するとともに、装置間の通信処理が減るため応答性が向上し、システム全体として処理速度及び操作性が向上する。また、装置間を接続するケーブル等の本数が減少するため、ケーブル類の取り回しが容易になり、設置時等の作業効率が向上する。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態にかかる顕微鏡デジタル画像取得システムの全体概略構成図を示す。

図１において、顕微鏡デジタル画像取得システム１は、後述する顕微鏡２と、顕微鏡２から出射した物体の像を検出して画像情報を出力する後述する撮像装置３とから構成されている。また、顕微鏡２および撮像装置３の動作を制御する後述する外部制御装置６０が設けられている。

撮像装置３には、外部制御装置６０からの制御コマンドを受信する第１インタフェース部４ａと撮像装置３を介して顕微鏡２に制御コマンドを送信する第２インターフェース部４ｂが配設されている。また、第２インターフェース部４ｂと第３インターフェース部４ｃを直結する信号線（後述する５２）が設けられ、外部制御装置６０と撮像装置３と顕微鏡２とが直列接続できるように構成され、第２インターフェース部４ｂと第３インターフェース部４ｃは、外部制御装置６０からの制御コマンドを顕微鏡２に撮像装置３を介して送受信できるインターフェース構成となっている。

なお、別の接続状態として、顕微鏡２に外部制御装置６０からの制御コマンドを受信する第４インターフェース部４ｄを設け、外部制御装置６０、顕微鏡２、撮像装置３の順に制御信号が流れるように直列接続する構成にしても良い（図中破線で示す）。

また、図２に示すように、顕微鏡２と撮像装置３とは外部制御装置６０が無くても協調動作が可能である。また、図５に示すように、外部制御装置６０からの制御コマンドにより制御することも可能である。また、第１から第４インターフェース部４ａ、４ｂ、４ｃ、４ｄは、顕微鏡２、撮像装置３および外部制御装置６０をそれぞれ通信手段に接続するコネクタを有している。また、第２インターフェース部４ｂのコネクタ（後述する７２）と第３インターフェース部４ｃのコネクタ（後述する７１）とを用いて、顕微鏡２と撮像装置３とを着脱可能に構成することが可能である。

以下、本発明の実施の形態について詳述する。

図２において、顕微鏡デジタル画像取得システム１は、観察の対象物である物体（標本）Ｏの拡大像を形成する顕微鏡２と、顕微鏡２から出射した物体Ｏの像を検出して画像情報を出力する撮像装置３とから構成される。

顕微鏡２は、物体Ｏの拡大像を形成する光学系を構成する顕微鏡ユニット１０とこの顕微鏡ユニット１０の作動を制御する顕微鏡制御装置２０とから構成される。顕微鏡ユニット１０は、物体Ｏの観察のための照明光源１１ａ及びこの照明光源１１ａの照度等を制御する制御装置よりなる光源コントローラ１１、照明光を調整するフィルタ１４ｄ及びその交換機構よりなるフィルタ交換装置群１２、照明光を集光して物体Ｏに照射するコンデンサレンズ群１３、物体Ｏが載置されたステージ１４ａとこのステージ１４ａを合焦のために光軸に沿って移動させる駆動機構よりなる試料ステージ移動機構群１４、拡大像の倍率を選択するための倍率変更レンズ群１５、拡大像のズームを調整するためのズームレンズ群１６、物体Ｏからの光線を、直接目視で観察する光線及び、後述する撮像装置３で画像情報として出力する光線とに分けるビームスプリッタ１７及び直接目視で観察するために結像する接眼レンズ群１８とから構成される。

照明光源１１ａから出射した光線はフィルタ１４ｄを通過したのちコンデンサレンズ群１３で集光されてステージ１４ａ上に載置された物体Ｏに照射される。そして、物体Ｏを透過した光線は、倍率変更レンズ群１５及びズームレンズ群１６で拡大されてビームスプリッタ１７に入射する。ビームスプリッタ１７に入射した光線の一部は反射し、一部は透過する。このビームスプリッタ１７を透過した光線は撮像装置３に入射する。一方ビームスプリッタ１７で反射した光線は接眼レンズ群１８で結像されて、観察者の観察に供せられる。

これらの光源コントローラ１１、フィルタ交換装置群１２、試料ステージ移動機構群１４、倍率変更レンズ群１５及びズームレンズ群１６は、顕微鏡２内に配設された内部バスを介して顕微鏡制御装置２０からその作動が制御される。この顕微鏡制御装置２０には、入出力部（指示手段）２２が設けられており、入出力部２２は顕微鏡ユニット１０の各種操作（例えば、ステージ１の上下動動作指示、レボルバの回転指示等）を行うことができる。なお、顕微鏡ユニット１０及び顕微鏡制御装置２０は通常筐体１９内に一体に配置されて構成されており、顕微鏡制御装置２０に設けられた電源部２３が電源ケーブルを介して外部から電力供給を受け、その電力を顕微鏡ユニット１０に対しても供給している。

撮像装置３は、顕微鏡ユニット１０から出射した物体Ｏの拡大像の検出を行う固体撮像素子（ＣＣＤ）等を有するカメラヘッドユニット３０と、このカメラヘッドユニット３０から出力される検出信号を取得して画像情報を出力するカメラ制御装置４０とから構成されている。カメラヘッドユニット３０の固体撮像素子は、顕微鏡ユニット１０の光学系の光軸上に位置するように配置されており、ビームスプリッタ１７を透過した光線は、図示しない結像レンズ等を介して固体撮像素子の撮像面に結像される。

カメラ制御装置４０は、カメラヘッドユニット３０から検出信号を取得し、この検出信号から輝度等が調整された物体Ｏの画像情報を出力する。このような、カメラ制御装置４０には、画像情報を取得するための操作（シャッターレリーズ、解像度の変更等）や取得した画像情報を表示（液晶モニター表示）するために入出力部（指示手段）４２が設けられており、この入出力部４２はカメラ制御装置４０と一体に構成することも可能であるし、分離して構成することも可能である。

なお、カメラヘッドユニット３０は、通常、顕微鏡２（顕微鏡ユニット１０）の上部に配置されるため、このカメラヘッドユニット３０とカメラ制御装置４０とを一体に構成すると、顕微鏡デジタル画像取得システム１の操作性が悪化するため、通常、カメラヘッドユニット３０とカメラ制御装置４０とは分離されて配置されている。そのため、カメラヘッドユニット３０とカメラ制御装置４０とは接続ケーブル５１を介して接続され、カメラヘッドユニット３０の固体撮像素子で検出された検出信号は、接続ケーブル５１を介してカメラ制御装置４０に渡される。

以上のように構成された顕微鏡デジタル画像取得システム１において、物体Ｏの画像情報を得るためには、顕微鏡２と撮像装置３とが協調して動作をする必要がある。そこで、本発明においては、この顕微鏡２と撮像装置３が協調動作するために、顕微鏡制御装置２０及びカメラ制御装置４０が、コンピュータ等の外部制御装置が無くとも独立して動作可能とし、さらに、互いに制御コマンドを送受して、顕微鏡ユニット１０の作動制御及びカメラヘッドユニット３０からの検出信号を取得及び処理するように構成されている。

そして、制御コマンドやその制御コマンドにより制御された結果を相互に送受信するために、顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０との間には接続ケーブル５２が設けられている。この接続ケーブル５２は、顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０に設けられた接続コネクタ２１，４１に接続される。なお、接続コネクタ２１は第３インターフェース部４ｃに設けられており、接続コネクタ４１は第２インターフェース部４ｂに設けられている。

また、カメラヘッドユニット３０やカメラ制御装置４０を駆動するための電力は、個別に電源部を設けて外部から電力を供給することも可能であるが、図２に示すように、接続ケーブル５１，５２を介して顕微鏡制御装置２０に供給された電力を供給するように構成することが可能である。このように構成すると、電源ケーブル２３が１本となるため、機器の設置やケーブルの取り回しが容易になる。

このような通信及び電源の供給をするための接続ケーブル５１，５２（特に、顕微鏡２と撮像装置３とを接続する接続ケーブル５２）としては、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）規格のケーブル（以下、「ＵＳＢケーブル」と呼ぶ）を利用することができ、汎用性を向上させることができる。なお、通信手段を構成する接続ケーブルは、ＵＳＢに限らず、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＬＶＤＳ、ＳＣＳＩ、ＬＡＮケーブル等がある。

このような顕微鏡２と撮像装置３との協調動作としては、カメラヘッドユニット３０で検出された検出信号を用いて、ステージ１４ａの作動制御による合焦制御や照明光源１１ａの照度制御による露光制御等がある。

合焦制御の場合、カメラヘッドユニット３０からの検出信号を用いて物体Ｏの画像のコントラストから光学系の合焦状態（以下、この合焦状態を示す値を「焦点情報（ＡＦ値）」と呼ぶ）を求め、このＡＦ値が図３に示すように、最大となるようにステージ１４ａ（試料ステージ移動機構群１４）を制御する。

一方、露光制御の場合、同様にカメラヘッドユニット３０からの検出信号を用いて物体Ｏの画像の輝度から光学系の照度状態（以下、「光源強度情報（ＡＥ値）」と呼ぶ）を求め、この照度状態が最適となるように照明光源１１ａ（光源コントローラ１１）の照度を調節（制御）する。

以上のように、顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０とが協調して動作するように構成することにより、従来のシステムの処理において、図１５に示すフローチャートのうち、右上に三角の印を付したブロックのように装置間の通信処理を行う部分が不要若しくは減るため、各装置の処理が簡単になり応答性が向上し、全体として処理速度及び操作性を向上させることができる。また、顕微鏡制御装置２０及びカメラ制御装置４０にリアルタイム処理が可能な中央演算処理装置等を搭載するとともに、両装置２０，４０を専用の通信ケーブル（例えば、接続ケーブル５２）で接続することにより、両装置２０，４０が高速通信してリアルタイム処理が可能となるため、上述のように、カメラ制御装置４０で得た検出信号からの制御情報（ＡＦ値）に基づいて、顕微鏡制御装置２０に対して制御コマンドを送信して合焦制御を行うというような協調動作が可能となる。

さらに、各装置間を接続するケーブルの本数が少なくなるため、ケーブルの取り回しが簡単になり、設置時等の作業効率を向上させることができる。

このような構成において、顕微鏡２と撮像装置３が協調動作をする場合、両装置２，３の装置情報を相互に授受して最適な状態に設定する初期設定が必要であり、顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０とは、電源投入時（起動時）に、接続ケーブル５２を介して一方の装置の装置情報が他方に送信されて、互いに装置情報を送受信する初期設定手段を有する。具体的には、電源投入後に、カメラ制御装置４０は予め設定されたカメラヘッドユニット３０のユニットＩＤを接続ケーブル５２を介して顕微鏡制御装置２０に送信する。一方、顕微鏡制御装置２０は接続ケーブル５２を介してカメラ制御装置４０に予め設定された顕微鏡ユニット１０のユニットＩＤを送信する。それぞれのユニットＩＤを受信した顕微鏡制御装置２０及びカメラ制御装置４０は、接続された顕微鏡ユニット１０及びカメラヘッドユニット３０に最適な状態に各装置を初期設定する。このような構成によると、各装置２，３の電源投入と同時に各装置２，３の装置情報が相互に送受信されて設定されるため、ユーザが接続された装置に合わせて設定する手間を省くことができ、操作性が向上する。なお、相手からユニットＩＤが取得できなかった場合には、予め決められた標準の状態に初期設定される。

以上のようにして得られた物体Ｏの画像情報は、図４に示すように、カメラ制御装置４０に設けられた内部記憶装置（ハードディスク等）４４や外部記憶装置接続手段４５にケーブル４６を介して接続された外部記憶装置（フラッシュメモリや光磁気ディスク入出力装置等）４７に記憶することが可能であり、取得した画像情報の管理や利用が容易となる。なお、この画像情報には、カメラヘッドユニット３０の装置情報（露出、露光時間等の露光情報）や、接続ケーブル５２を介して取得した顕微鏡ユニット１０のユニットＩＤ、光源、倍率、フィルタ等の情報を関連付けて（パッケージされて）格納することにより、画像情報の管理・保存等が容易になる。

また、カメラ制御装置４０に設けられた内部記憶装置４４や外部記憶装置４７（に装着される外部記憶媒体）に予め顕微鏡制御装置２０のファームウェアを格納しておき、接続ケーブル５２を介して顕微鏡制御装置２０がこの内部記憶装置４４若しくは外部記憶装置４７に格納されたファームウェアをダウンロードして、顕微鏡２のファームウェアを更新するように構成することも可能である。このように、カメラ制御装置４０から顕微鏡２のファームウェアをダウンロードして更新可能とすることにより、顕微鏡２のファームウェアの更新が容易となる。

さらに、図５に示すように、カメラ制御装置４０若しくは顕微鏡制御装置２０のいずれかにコンピュータ等の外部制御装置６０を第１インターフェース部４ａまたは第４インターフェース部４ｄを介して接続し、この外部制御装置６０から制御コマンドを送信して画像情報を取得するように構成することも可能である。この場合、外部制御装置６０との外部通信手段としては、ＬＡＮケーブル６１，６１ａ，６１ｂを用いる方法や、ＵＳＢケーブル６２，６３等を用いる方法がある。

例えば、図５Ａに示すように、外部制御装置６０がカメラ制御装置４０（第１インターフェース部４ａ）に接続されるように構成した場合、カメラ制御装置４０で外部制御装置６０から制御コマンドを受け付け、撮像装置３に対する制御コマンドはカメラ制御装置４０で実行され、顕微鏡２に対する制御コマンドは第２インターフェース部４ｂから接続ケーブル５２と第３インターフェース部４ｃを介して顕微鏡制御装置２０に送信され、顕微鏡制御装置２０で実行される。

あるいは、図５Ｂに示すように、外部制御装置６０が顕微鏡制御装置２０（第４インターフェース部４ｄ）に接続されるように構成した場合は、顕微鏡制御装置２０で外部制御装置６０からの制御コマンドを受け付け、顕微鏡２に対する制御コマンドは顕微鏡制御装置２０で実行され、撮像装置３に対する制御コマンドは第３インターフェース部４ｃから接続ケーブル５２と第２インターフェース部４ｂを介してカメラ制御装置４０に送信されて実行される。

このような構成によれば、遠隔から顕微鏡デジタル画像取得システム１を操作することができるので、利用の範囲を広げることができる。なお、外部通信手段は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４、ＬＶＤＳ、ＳＣＳＩを使用しても良い。

なお、図２で説明したシステム構成では、顕微鏡２と撮像装置３とを接続する接続ケーブル５２を顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０とに接続した場合について説明したが、顕微鏡２と撮像装置３との接続には、図６に示すように、顕微鏡制御装置２０のコネクタ７１とカメラヘッドユニット３０のコネクタ７２（第２インターフェース部４ｂ）とを設けて、このコネクタ７１，７２に接続ケーブル５３を介して第３インターフェース部４ｃと接続するように構成することも可能である。この場合、顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０との通信は、接続ケーブル５１、カメラヘッドユニット３０及び接続ケーブル５３を介して行われる。このとき、顕微鏡制御装置２０とカメラヘッドユニット３０を接続する接続ケーブル５３を顕微鏡２の筐体１９内に予め配設しておくと、本システム１の設置時に、配線するケーブルを少なくすることができ、作業効率が向上する。

さらに、図７に示すように、この接続ケーブル５３の一端に顕微鏡２（筐体１９）とカメラヘッドユニット３０に配設されたコネクタ７０（７１，７２）を有するように構成し、撮像装置３（カメラヘッドユニット３０）が顕微鏡２に取付けられたときに、このコネクタ７１，７２が接触して接続ケーブル５３が顕微鏡制御装置２０とカメラヘッドユニット３０とを接続するように構成することもでき、さらに設置時の作業効率を向上させることができる。なお、図７の場合、コネクタ７０は、通信用のコネクタ７１ａ，７４ｄと電源用のコネクタ７１ｂ，７４ｃとに分けて構成されている。

また、図２で説明したシステム構成では、電源を顕微鏡制御装置２０から供給する場合について説明したが、図８に示すように、カメラ制御装置４０から供給するように構成することも可能であり、システム構成によって電源供給手段を柔軟に設計することができる。この場合、顕微鏡２と撮像装置３との接続方法によって、顕微鏡２にはカメラ制御装置４０から供給する場合（図８Ａ）と、カメラヘッドユニット３０から供給する場合（図８Ｂ）とがある。

以上のように構成された顕微鏡デジタル画像取得システム１において、顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０とは相互に制御コマンドをやり取りして物体Ｏの画像情報を取得するように構成されている。以下に、画像情報を取得するための処理構成の実施例について説明する。

（第１実施例）
第１実施例に係るフローチャートを図９に示す。顕微鏡２及び撮像装置３に電源が投入される（Ｓ１０１）と、カメラ制御装置４０から顕微鏡制御装置２０に装置情報の送信指示の制御コマンドが送信される（Ｓ１０２）。この制御コマンドを受け取ると顕微鏡制御装置２０は、顕微鏡２の装置情報をカメラ制御装置４０に送信する（Ｓ１０３）。次に、カメラ制御装置２０は顕微鏡制御装置２０に合焦制御開始の制御コマンドを送信する（Ｓ１０４）。この制御コマンドを受け取ると顕微鏡制御装置２０は合焦制御を開始し、試料ステージ移動機構群１４によりステージ１４ａを光軸に沿って移動させる（Ｓ１０５）。そして、カメラ制御装置４０は、カメラヘッドユニット２０から検出信号を取得して（Ｓ１０６）、この検出信号からＡＦ情報を算出し顕微鏡制御装置２０に送信する（Ｓ１０７）という処理を繰り返す。一方、顕微鏡制御装置２０は、カメラ制御装置４０からＡＦ情報を受け取る毎に、このＡＦ情報からステージ１４ａが合焦状態に位置したかどうか判断し（Ｓ１０８）、合焦したらステージ１４ａを停止し（Ｓ１０９）、カメラ制御装置４０に画像情報取得の制御コマンドを送信する（Ｓ１１０）。この制御コマンドをカメラ制御装置４０が受け取ると、ＡＦ情報の送信（Ｓ１０６，Ｓ１０７）を終了し、カメラヘッドユニット３０から取得した検出信号を用いて、物体Ｏの画像情報を出力する（Ｓ１１１）。

このような構成によれば、カメラ制御装置４０から顕微鏡制御装置２０に制御コマンドを送信して顕微鏡制御装置２０側で合焦制御を行うことができるため、従来の方法（図１５）に比べて処理を簡単にすることができる。また、顕微鏡制御装置２０に合焦機能（Ｓ１０５，Ｓ１０８，Ｓ１０９）を設け、カメラ制御装置４０から制御コマンドを送信することにより顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０とが協調して動作するため、処理が分散され制御が容易になり、また、応答性が向上する。このため、全体として処理速度及び操作性を向上させることができる。

（第２実施例）
第２実施例に係るフローチャートを図１０に示す。第１実施例ではカメラ制御装置４０から処理を開始したが、本第２実施例では顕微鏡制御装置２０から処理を開始する場合について説明する。電源投入を行う（Ｓ１２１）と、顕微鏡制御装置２０がカメラ制御装置４０に対して撮像装置３の装置情報の送信指示の制御コマンドを送信する（Ｓ１２２）。すると、カメラ制御装置４０は撮像装置３の装置情報を送信する（Ｓ１２３）。次に、カメラ制御装置４０が顕微鏡制御装置２０に合焦制御開始の制御コマンドを送信する（Ｓ１２４）。合焦制御開始の制御コマンドを受け取ると、顕微鏡制御装置２０は、試料ステージ移動機構群１４によりステージ１４ａを光軸に沿って移動させる（Ｓ１２５）。そして、カメラ制御装置４０に対して、ＡＦ情報算出の制御コマンドを送信する（Ｓ１２６）。ＡＦ情報算出の制御コマンドを受け取ると、カメラヘッドユニット３０から検出信号を取得し（Ｓ１２７）、この検出信号からＡＦ情報を算出して顕微鏡制御装置２０に送信する（Ｓ１２８）。ＡＦ情報を受け取ると、顕微鏡制御装置２０は、ステージ１４ａが合焦状態に位置したかどうか判断し（Ｓ１２９）、合焦していない場合は、Ｓ１２６から繰り返す。ステージ１４ａが合焦状態に位置したと判断されたら、ステージ１４ａを停止し（Ｓ１３０）、カメラ制御装置４０に画像情報取得の制御コマンドを送信する（Ｓ１３１）。この制御コマンドをカメラ制御装置４０が受け取ると、カメラヘッドユニット３０から検出信号を取得し、物体Ｏの画像情報を出力する（Ｓ１３２）。

第２実施例では、カメラ制御装置４０にＡＦ情報を算出する焦点情報算出機能（Ｓ１２７，Ｓ１２８）を設け、顕微鏡制御装置２０から制御コマンドをカメラ制御装置４０に送信してＡＦ情報を取得するように構成した場合である。このような構成によっても、従来の方法（図１５）に比べて処理を簡単にすることができる。また、相互に制御コマンドを送信することにより顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０が協調して動作するため、処理が分散され制御が容易になり、応答性も向上する。このため、全体として処理速度及び操作性を向上させることができる。

（第３実施例）
第３実施例に係るフローチャートを図１１に示す。電源投入を行う（Ｓ１４１）と、カメラ制御装置４０が装置情報の送信指示の制御コマンドを顕微鏡制御装置２０に送信し（Ｓ１４２）、顕微鏡制御装置２０から装置情報が送信される（Ｓ１４３）。そして、カメラ制御装置４０が顕微鏡制御装置２０に合焦制御開始の制御コマンドを送信し（Ｓ１４４）、この制御コマンドに基づいて、顕微鏡制御装置２０が、試料ステージ移動機構群１４によりステージ１４ａを光軸に沿って移動される（Ｓ１４５）。ステージ１４ａの移動が開始されると、カメラ制御装置４０は、カメラヘッドユニット３０から検出信号を取得し（Ｓ１４６）、この検出信号からＡＦ情報を算出して、ステージ１４ａが合焦状態に位置したかどうか判断する（Ｓ１４７）という処理を合焦するまで繰り返す。そして、合焦したと判断されたら顕微鏡制御装置２０にステージ１４ａの停止指示の制御コマンドを送信する（Ｓ１４８）。停止指示の制御コマンドを受け取ると、顕微鏡制御装置２０はステージ１４ａを停止し（Ｓ１４９）、カメラ制御装置４０に対して画像情報取得の制御コマンドを送信する（Ｓ１５０）。この制御コマンドをカメラ制御装置４０が受け取ると、カメラヘッドユニット３０から検出信号を取得し、物体Ｏの画像情報を出力する（Ｓ１５１）。

第３実施例では、合焦制御においてステージ１４ａの停止判断の処理を全てカメラ制御装置４０で行うため、第１及び第２実施例に比べて処理がさらに簡単になる。そのため、全体の処理速度をさらに向上させ、操作性が向上する。

（第４実施例）
図５Ａに示すように、外部制御装置６０（例えば、ＰＣ）がカメラ制御装置４０の第１インターフェース部４ａに接続されるように構成し、カメラ制御装置４０で外部制御装置６０からの制御コマンドを受信し、撮像装置３に対する制御コマンドはカメラ制御装置４０で実行し、顕微鏡２に対する制御コマンドは第２インターフェース部４ｂから接続ケーブル５２と第３インターフェース部４ｃを介して顕微鏡制御装置２０に送信し、顕微鏡制御装置２０で顕微鏡２を制御している。

この際、カメラ制御装置４０は、顕微鏡制御装置２０へ送信する顕微鏡２の制御コマンドを知ることができるので、その制御コマンドに応じてカメラヘッドユニット３０の設定をそれに合わせて変更することができる。図１２に、その際のフローチャートの一例を示す。

図１２において、ユーザが外部制御装置６０から、例えば、顕微鏡２の対物レンズを変更する制御コマンドを発行（Ｓ２０１）した場合、制御コマンドはカメラ制御装置４０に伝達される（Ｓ２０２）。カメラ制御装置４０は制御コマンドを解釈し（Ｓ２０３）、顕微鏡制御装置２０への制御コマンドなので、カメラ制御装置４０を通過し、第２インターフェース４ｂと第３インターフェース４ｃを介して顕微鏡制御装置２０に伝達される（Ｓ２０４）。顕微鏡制御装置２０は、制御コマンドに従って顕微鏡２の対物レンズを変更する（Ｓ２０５）。

この際、カメラ制御装置４０は顕微鏡制御装置２０に対する制御コマンドを解釈しており、顕微鏡２の対物レンズの変更に伴いユーザからフォーカス合わせの要求が発生すると予測し（Ｓ２０６）、カメラ制御装置４０は、ユーザが焦点を合わせやすいようにカメラヘッドユニット３０を高フレームレートにモード変更する（Ｓ２０７）。

このように、外部制御装置６０から顕微鏡制御装置２への制御コマンドの内容をカメラ制御装置４０で解釈して、ユーザに好ましい状態にカメラヘッドユニット３０の状態をユーザの新たな指示なしに設定することが可能となる。

また、本第４実施例では、ユーザが直接顕微鏡２を操作した際に、この状態変更情報を顕微鏡制御装置２０から第３インターフェース４ｃと第２インタフェース４ｂを介してカメラ制御装置４０に送り、第１インターフェース４ａを通じて外部制御装置６０に伝達する。この際、カメラ制御装置４０は、上記状態変更情報を検出して、カメラヘッドユニット３０を好適な状態に合わせるように構成することもできる。図１３は、このようなフローチャートの一例を示している。

図１３において、ユーザが、例えば顕微鏡２の光源を調整（Ｓ２１１）した場合、顕微鏡制御装置２０を通じて外部制御装置６０に光源が調節されたことが伝達される（Ｓ２１２）。この情報をカメラ制御装置４０で検出、解釈し（Ｓ２１３）、外部制御装置６０へのコマンドとして転送する（Ｓ２１４）。外部制御装置６０は、このコマンドを受信した際、コマンドの内容に応じて表示画面を変更する（Ｓ２１５）。

この際、カメラ制御装置４０は、コマンドの内容を解釈しているので、カメラヘッドユニット３０には、次に露出合わせが発生すると予測し（Ｓ２１６）、ユーザが観察しやすいようにカメラヘッドユニット３０のＡＥをモード変更する（Ｓ２１７）。

このように、ユーザが顕微鏡２を直接操作した際、顕微鏡制御装置２０から外部制御装置６０へのコマンドの内容をカメラ制御装置４０で解釈して、ユーザに好ましい状態にカメラヘッドユニット３０の状態を設定することが可能となる。

なお、上記第１〜第４実施例においては、顕微鏡ユニット１０のステージ１４ａを移動させて合焦制御を行う場合について説明を行ったが、露光制御についても同様に顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０に機能を分散させて協調して制御するように構成することができる。例えば、カメラ制御装置４０でカメラヘッドユニット３０から検出信号を取得してＡＥ値（光源強度情報）を算出して、このＡＥ値に基づいて制御コマンドを顕微鏡制御装置２０に送信して光源コントローラ１１を制御したり、あるいは、顕微鏡制御装置２０から制御コマンドを送信して、カメラ制御装置４０の光源強度情報算出機能によりＡＥ値を算出させて、このＡＥ値に基づいて顕微鏡制御装置２０が光源コントローラ１１を制御するという方法で実現することができる。このように露光制御を顕微鏡制御装置２０とカメラ制御装置４０に分散して行うと、処理が簡単になるため処理速度を向上させることができる。また、ＡＥ値による光源コントローラ１１の制御と、カメラヘッドユニット３０における撮像素子の露光時間の制御とを合わせて行うことにより、より細かい露光制御ができるため、画像情報のダイナミックレンジを広げることができる。

また、顕微鏡２のデジタル画像（画像情報）を取得するための操作は、上記の処理の構成とは関係なく、顕微鏡制御装置２０に設けられた入出力部２２、若しくはカメラ制御装置４０に設けられた入出力部４２から操作するように構成することができる。

以上説明したように、本発明に係る顕微鏡デジタル画像取得システムによれば、顕微鏡制御装置とカメラ制御装置とを繋いで制御コマンド等の送受信を行う通信手段により、顕微鏡制御装置とカメラ制御装置が協調して動作するように構成することにより、装置間で処理が分散するとともに、装置間の通信処理が減るため応答性が向上し、システム全体として処理速度及び操作性が向上する。また、装置間を接続するケーブル等の本数が減少するため、ケーブル類の取り回しが容易になり、設置時等の作業効率が向上する。

本発明に係る顕微鏡デジタル画像取得システムの全体概略構成を示す図である。本発明に係る顕微鏡デジタル画像取得システムの構成を示すためのブロック図である。合焦制御におけるステージの移動量と焦点情報（ＡＦ値）の関係を示す図である。カメラ制御装置に内部記憶装置若しくは外部記憶装置を設けた場合のブロック図である。外部接続手段を介して外部制御装置を接続した場合のブロック図であり、カメラ制御装置に外部制御装置を接続した場合のブロック図である。外部接続手段を介して外部制御装置を接続した場合のブロック図であり、顕微鏡制御装置に外部制御装置を接続した場合のブロック図である。カメラヘッドユニットと顕微鏡制御装置の間を接続手段で接続した場合の構成を示すブロック図である。カメラヘッドユニットと顕微鏡とに配設されたコネクタを示す図である。電源供給をカメラ制御装置に設けた場合のブロック図であり、カメラ制御装置と顕微鏡制御装置とを接続手段で接続した場合を示すブロック図である。電源供給をカメラ制御装置に設けた場合のブロック図であり、カメラヘッドユニットと顕微鏡制御装置とを接続手段で接続した場合を示すブロック図である。第１実施例に係る処理を示すフローチャートである。第２実施例に係る処理を示すフローチャートである。第３実施例に係る処理を示すフローチャートである。第４実施例に係る処理を示すフローチャートである。第４実施例に係る処理を示す別のフローチャートである。従来の顕微鏡デジタル画像取得システムの構成を示すブロック図である。従来の処理を示すフローチャートである。

Claims

物体の拡大像を結像する光学系を構成する顕微鏡ユニットと、前記顕微鏡ユニットに接続され、前記顕微鏡ユニットの作動を制御する顕微鏡制御装置とからなる顕微鏡と、
前記顕微鏡に取付けられ、前記光学系から出射される拡大像を検出する撮像素子を有するカメラヘッドユニットと、前記カメラヘッドユニットに接続され、前記カメラヘッドユニットの動作を制御するカメラ制御装置とからなる撮像装置とを有して構成される顕微鏡デジタル画像取得システムにおいて、
前記顕微鏡制御装置或いは前記カメラ制御装置のいずれか一方の装置に接続され、前記システムに対して動作の指示を行う動作指示手段と、
前記顕微鏡制御装置と前記カメラ制御装置とに接続されて、前記顕微鏡制御装置と前記カメラ制御装置との間の通信を行う通信手段と、
前記顕微鏡ユニットに設けられ、前記光学系を前記物体に合焦させる合焦装置と、
前記顕微鏡ユニットに設けられ、前記物体を照明する照明装置とを有し、
前記動作指示手段の接続された前記一方の装置は、前記動作指示手段の指示内容を判断し、自身の装置で実行処理するものか、或いは前記通信手段を介して前記指示内容に応じた制御コマンドを他方の装置に送信し、他方の装置で実行処理するものかを判断すると共に、前記通信手段を介してお互いに協調して、
前記顕微鏡制御装置が、前記制御コマンドに基づいて前記合焦装置の作動を制御して前記光学系を前記物体に合焦させる合焦機能、および前記制御コマンドに基づいて前記照明装置を制御して照度を調節する照度調節機能を有する場合には、前記カメラ制御装置が、前記カメラヘッドユニットの前記撮像素子から得た検出信号に基き前記光学系を合焦させるための焦点情報を算出し、前記焦点情報に基づいて前記制御コマンドを前記顕微鏡制御装置に送信して前記合焦機能により前記光学系を前記物体に合焦させ、また、前記撮像素子から得た検出信号に基き前記照明装置の照度を調節するための光源強度情報を算出し、前記光源強度情報に基づいて前記制御コマンドを前記顕微鏡制御装置に送信して前記照度調節機能により照度を調節する動作をする、
または、前記カメラ制御装置が、前記制御コマンドに基づいて前記カメラヘッドユニットの前記撮像素子から得た検出信号から前記光学系を合焦させるための焦点情報を算出する焦点情報算出機能、および前記制御コマンドに基づいて前記撮像素子から得た検出信号から前記照明装置の照度を調節する光源強度情報を算出する光源強度情報算出機能を有する場合には、前記顕微鏡制御装置が、前記カメラ制御装置に前記制御コマンドを送信して、前記焦点情報算出機能により前記焦点情報を算出させ、前記焦点情報に基づいて前記合焦装置の作動を制御して前記光学系を前記物体に合焦させ、また、前記カメラ制御装置に前記制御コマンドを送信して、前記光源強度情報算出機能により前記光源強度情報を算出させ、前記光源強度情報に基づいて照度を調節する動作をする、
ことを特徴とする顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記通信手段が一対のコネクタを有し、前記コネクタの一方が前記顕微鏡に設けられ、前記コネクタの他方が前記撮像装置に設けられて、前記撮像装置が前記顕微鏡に取付けられたときに、前記コネクタにより前記通信手段が接続されるように構成することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記通信手段がＵＳＢケーブルで構成されることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記カメラ制御装置が内部記憶装置を有し、
前記カメラ制御装置が、前記撮像素子から出力された物体の画像情報と、前記撮像装置の装置情報及び前記通信手段を経由して得られた前記顕微鏡の装置情報とを関連付けて、前記内部記憶装置に格納することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記顕微鏡制御装置が、前記内部記憶装置に予め記憶された顕微鏡制御装置用ファームウェアを、前記通信手段を介して得て、前記顕微鏡制御装置のファームウェアを書き換えるように構成することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記カメラ制御装置が外部記憶装置を有し、
前記カメラ制御装置が、前記画像情報と、前記撮像装置の装置情報及び前記通信手段を経由して得られた前記顕微鏡の装置情報とを関連付けて、前記外部記憶装置に格納することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記顕微鏡制御装置が、前記外部記憶装置に予め記憶された顕微鏡制御装置用ファームウェアを、前記通信手段を介して得て、前記顕微鏡制御装置のファームウェアを書き換えるように構成することを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記顕微鏡と前記撮像装置とが、前記通信手段を用いて互いにユニットＩＤを交換して初期設定をする初期設定手段を有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記撮像装置は、前記動作指示手段からの前記制御コマンドを受信する第１インターフェース部と、前記顕微鏡に前記制御コマンドを送信する第２インターフェース部とを有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記撮像装置は、前記制御コマンドに応じて前記カメラヘッドユニットを制御して前記物体の拡大像を検出し、前記第２インターフェース部を介して前記顕微鏡を制御することを特徴とする請求項９に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記顕微鏡は、前記動作指示手段からの前記制御コマンドを受信する第４インターフェース部と、前記カメラユニットに前記制御コマンドを送信する第３インターフェース部とを有することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記顕微鏡は、前記制御コマンドに応じて前記顕微鏡の動作を制御して前記物体の拡大像を結像し、前記第３インターフェース部を介して前記撮像装置を制御することを特徴とする請求項１１に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。
前記顕微鏡は、前記動作指示手段からの前記制御コマンドを受信する第４インターフェース部と、前記カメラユニットに前記制御コマンドを送信する第３インターフェース部とを有し、
前記第２インターフェース部と前記第３インターフェース部とを直結する信号線を有し、前記撮像装置と前記顕微鏡とが協調動作することを特徴とする請求項９に記載の顕微鏡デジタル画像取得システム。