JP4769035B2 - 走査型観察装置 - Google Patents

Description

本発明は、走査型顕微鏡のようにスキャナの作動によって光を走査する走査型観察装置に関するものである。

従来、走査型顕微鏡は、光源から発せられた光をスキャナによって２次元的に走査し、標本に照射することで、標本において発生した蛍光等の戻り光を対物レンズで集光し、再度スキャナを介して戻る途中で、ダイクロイックミラーによって分岐し、光検出器により検出している。スキャナは、例えば、相互に直交する２軸回りにそれぞれ揺動可能な２つのガルバノミラーを対向配置させた、いわゆる近接ガルバノミラーであり、各ガルバノミラーの揺動角度により定まる照明位置の位置情報と光検出器により検出される輝度情報とを関連づけて格納することで、１枚の蛍光画像等を取得することができるようになっている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。得られた画像は、モニタに表示され、モニタ上で観察されるようになっている。

従来、走査型顕微鏡のような走査型観察装置においては、通常、異なる倍率の対物レンズが複数用意され、対物レンズを切り替えることで観察倍率を変更することとしていた。この場合に、対物レンズとしては、全て同一の結像状態を有するものが採用されており、対物レンズを交換しても、モニタ上に表示される画像としては、同一の方向から見た画像が表示されるようになっていた。
特開昭６１−２１９９１９号公報 特許第３４５８００３号明細書

しかしながら、結像状態の異なる対物レンズを交換して使用する場合には、取得した画像をそのままモニタに表示すると、画像が回転したり、反転したりして観察しにくいという不都合がある。この場合、複数の対物レンズ相互間において結像状態を一致させるようなアダプタを使用したり、取得された画像を処理して回転あるいは反転表示することにより、使用する対物レンズに関わらず、同一方向から見た標本の画像を表示させることも考えられる。しかしながら、アダプタを採用する場合には、部品点数が増加するとともに、アダプタの取付スペースを予め用意する必要があり、また、構造が複雑になるという不都合がある。また、取得された画像を処理して反転等させる場合、１枚分の画像情報を取得した後に画像処理する必要があるため、観察中の画像をリアルタイムにモニタに表示することができず、また、高速に画像を処理するための処理装置も必要となるという不都合がある。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、特別な部品や処理装置を付加することなく、結像状態の異なる複数の対物レンズを使用しても、標本を同一の方向からみた画像をモニタに、簡易に表示できる観察装置を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、以下の手段を提供する。
本発明は、着脱可能に取り付けられる対物レンズと、該対物レンズにより集光された標本からの光を２次元的に走査するスキャナと、該スキャナの動作を制御するスキャナ制御装置と、該スキャナにより走査された光を検出する光検出器とを備え、前記スキャナ制御装置が、取り付けられた対物レンズにおける結像回数に応じて光の走査方向を切り替えるよう制御し、前記スキャナが、直交する２方向にそれぞれ光を走査し、前記スキャナ制御装置は、前記対物レンズにおける前記結像回数が奇数回の場合に、結像回数がゼロ回または偶数回の場合とは前記２方向とも逆方向に光を走査するよう制御する走査型観察装置を提供する。

本発明によれば、対物レンズにより集光された標本からの光がスキャナによって走査され、光検出器によって検出される。光検出器において検出された光の輝度とスキャナによる走査位置とを対応づけて記憶しておくことにより、スキャナが所定の走査範囲を１回走査する毎に１枚の標本の画像情報を取得することができる。この場合において、対物レンズを交換することにより、結像状態の異なる対物レンズが取り付けられたときに、スキャナ制御装置が標本からの光の走査方向を切り替える。これにより、結像状態の異なる対物レンズが取り付けられても、画像を反転あるいは回転させることなく、同一方向から標本を見た画像として表示等することが可能となる。

また、対物レンズの結像回数が奇数回の場合とゼロ回または偶数回の場合とでは、何ら対処しない場合には、表示される画像が１８０°回転する。本発明によれば、直交する２方向にそれぞれ光を走査するスキャナの走査方向を、結像回数が奇数回の場合とそれ以外の場合とで２方向とも逆転させることにより、いずれの場合においても同一方向から標本を見た画像を表示等することが可能となる。

また、本発明は、着脱可能に取り付けられる対物レンズと、該対物レンズにより集光された標本からの光を２次元的に走査するスキャナと、該スキャナにより走査された光を検出する光検出器と、該光検出器により検出された光の輝度情報を画像上の各位置に対応して配列されたアドレス位置のメモリに格納する画像処理装置とを備え、該画像処理装置が、取り付けられた対物レンズにおける結像回数に応じて格納順序を切り替え、前記画像処理装置は、前記対物レンズにおける前記結像回数が奇数回の場合に、結像回数がゼロ回または偶数回の場合とは逆の順序で輝度情報を格納するよう切り替える走査型観察装置を提供する。

本発明によれば、対物レンズにより集光された標本からの光は、スキャナによって２次元的に走査されて光検出器により検出される。光検出器により検出された各走査位置における輝度情報は、画像処理装置の作動により、スキャナの走査位置と対応づけて記録されるが、その際に、画像上の各位置に対応して配列されたアドレス位置に格納される。各アドレス位置に格納された輝度情報は、モニタに表示等する際に、アドレス順に呼び出されて表示される。

この場合において、画像処理装置は、取り付けられた対物レンズにおける結像状態に応じて、メモリへの格納順序を切り替えるので、異なる結像状態の対物レンズが取り付けられても、メモリ上の輝度情報を表示等する際の呼び出し順序を変更することなく、同一の方向から見た画像を容易に表示等することができる。

また、対物レンズの結像回数が奇数回の場合とそれ以外の場合とでは、何ら対処しない場合には、表示される画像が１８０°回転する。本発明によれば、画像処理装置、取り付けられた対物レンズにおける結像回数が奇数回の場合とそれ以外の場合とで、メモリへの格納順序を切り替えるので、異なる結像状態の対物レンズが取り付けられても、メモリ上の輝度情報を表示等する際の呼び出し順序を変更することなく、同一の方向から見た画像を容易に表示等することができる。

本発明によれば、特別な部品や処理装置を付加することなく、一の対物レンズを、異なる結像状態を有する他の対物レンズに交換しても、標本を同一方向から見た画像を簡易に表示等することができるという効果を奏する。

本発明の第１の実施形態に係る走査型観察装置１について、図１〜図３を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置１は、図１に示されるように、レーザ走査型蛍光顕微鏡であって、レーザ光を発するレーザ光源２と、レーザ光源２から発せられるレーザ光Ｌを走査するスキャナ３と、該スキャナ３により走査されたレーザ光Ｌを集光する瞳投影レンズ４と、該瞳投影レンズ４により集光されたレーザ光Ｌを略平行光にする結像レンズ５と、該結像レンズ５により平行にされたレーザ光Ｌを標本Ａに照射する対物レンズ６、６′と、対物レンズ６，６′によりレーザ光Ｌを照射された標本Ａから発せられる蛍光Ｆをレーザ光Ｌから分離するダイクロイックミラー７と、分離された蛍光Ｆを集光する集光レンズ８と、該集光レンズ８により集光された蛍光Ｆを検出する光検出器９とを備えている。光検出器９は、例えば光電子増倍管（ＰＭＴ）である。図中、符号１０はバリアフィルタ、符号１１はピンホール、符号１２はミラーである。

スキャナ３は、画像の左右方向に対応する主走査方向にレーザ光Ｌを走査する第１のガルバノミラー３ａと、画像の上下方向に対応する副走査方向にレーザ光Ｌを走査する第２のガルバノミラー３ｂとを備える、いわゆる近接ガルバノミラーである。これにより、レーザ光Ｌがラスタスキャン方式で標本Ａ上に照射されるようになっている。

また、スキャナ３には該スキャナ３を制御するスキャナ制御装置１３が接続され、スキャナ制御装置１３には制御装置（ＣＰＵ）１４が接続されている。ＣＰＵ１４は、スキャナ制御装置１３にスキャナ３によるレーザ光Ｌの走査範囲を指示する一方、該ＣＰＵ１４には、スキャナ制御装置１３からスキャナ３の走査位置情報が入力されるようになっている。また、ＣＰＵ１４には、Ａ／Ｄ変換器１５を介して前記光検出器９が接続され、光検出器９により検出された蛍光Ｆの輝度情報がＣＰＵ１４に入力されるようになっている。

また、ＣＰＵ１４には、フレームメモリ１６を介してモニタ１７が接続されている。また、ＣＰＵ１４には、例えば、ハードディスクのような記録装置１８およびメモリ１９が接続されている。
ＣＰＵ１４に入力されたスキャナ３の位置情報と輝度情報とはＣＰＵ１４によって関連づけられてメモリ１９に記録され、スキャナ３による走査範囲の全体にわたって、対応づけられた情報が蓄積されることで、１枚の画像情報が作成されるようになっている。

フレームメモリ１６は、画像上の縦方向と横方向の各画素に対応するアドレス位置を備えていて、取得された各走査位置に対応する輝度情報がフレームメモリ１６上の各アドレス位置に順次格納されるようになっている。フレームメモリ１６の各アドレス位置に格納された輝度情報はその都度、あるいは、１画面分の輝度情報が蓄積された時点でモニタ１７に出力されるようになっている。これにより、撮影された標本Ａの画像がリアルタイムでモニタ１７に表示されることになる。

本実施形態においては、スキャナ制御装置１３が、対物レンズ６，６′の結像状態に応じて、スキャナ３の走査方向を反転させるように構成されている。すなわち、対物レンズ６，６′における結像回数が奇数回の場合とそれ以外の場合とで、スキャナ３の走査方向を切り替えるようになっている。

さらに、具体的には、対物レンズ６内において結像しない（結像回数ゼロの）標準の対物レンズ６が取り付けられているときには、例えば、スキャナ３の第１のガルバノミラー３ａがレーザ光Ｌを左から右に走査し、第２のガルバノミラー３ｂが上から下に走査する間に画像が取得されるように設定されている。したがって、標本Ａ上の走査範囲の左上隅の輝度情報は、画像上の左上隅の画素を示すフレームメモリ１６上のアドレス位置に格納され、第１のガルバノミラー３ａの作動によって標本Ａ上の走査範囲の右上隅まで走査される間に、各走査位置の輝度情報が対応するアドレス位置に順次格納されるようになっている。

また、走査範囲における１列目の輝度情報が取得された後には、第２のガルバノミラー３ｂの作動によって走査範囲が２列目に移動し、同様の処理が繰り返される。対物レンズ６内の結像回数が２回以上の偶数回の場合においても同様である。これにより、図２に示されるように、対物レンズ６に対し、左上隅から右下隅に向かって、ラスタスキャン方式でレーザ光Ｌが走査されるようになっている。

一方、対物レンズ６′内において奇数回結像する対物レンズ６′に交換された場合には、スキャナ制御装置１３は、スキャナ３の第１，第２のガルバノミラー３ａ，３ｂの走査方向を両方とも逆転させるようになっている。すなわち、第１のガルバノミラー３ａが右から左に、第２のガルバノミラー３ｂが下から上に走査される間に画像が取得されるように切り替えられる。これにより、図３に示されるように、対物レンズ６′に対し、右下隅から左上隅に向かって、ラスタスキャン方式でレーザ光Ｌが走査されるようになっている。対物レンズ６′において像が１８０°回転させられるので、モニタ１７に表示される画像は、結像回数がゼロ回または偶数回の対物レンズ６の場合と同じになるようになっている。

すなわち、対物レンズ６，６′内の結像回数が奇数回の場合とそれ以外の場合とでは、何ら対処しない場合には、モニタ１７に表示される画像が１８０°回転してしまうことになるが、本実施形態によれば、スキャナ制御装置１３により、走査方向を逆転させることで、モニタ１７に同一方向から見た画像を表示するようになっている。

このように構成された本実施形態に係る走査型観察装置１の作用について、以下に説明する。
本実施形態に係る走査型観察装置１を用いて標本Ａを観察するには、レーザ光源２から出射されたレーザ光Ｌをスキャナ３に入射させ、スキャナ制御装置１３により設定された走査範囲に対応する揺動角度で、スキャナ３を構成する２枚のガルバノミラー３ａ，３ｂを揺動させる。

標準の対物レンズ６が取り付けられているときには、観察者によりその情報がＣＰＵ１４に入力され、ＣＰＵ１４からスキャナ制御装置１３にその情報が送られ、スキャナ３の走査方向が標準状態に設定される。レーザ光源２から発せられたレーザ光Ｌは、例えば、標本Ａの走査範囲の左上隅から右下隅に向かってラスタスキャン方式で走査され、標本Ａの各位置において、標本Ａに含有されている蛍光物質を励起し、蛍光Ｆを発生させる。標本Ａにおいて発生した蛍光Ｆは、対物レンズ６、結像レンズ５、瞳投影レンズ４およびスキャナ３を経由してレーザ光Ｌと同じ経路を戻り、ダイクロイックミラー７によって分離されて集光レンズ８により集光され、光検出器９により検出される。

光検出器９により検出された蛍光Ｆの輝度情報およびスキャナ制御装置１３からのスキャナ３の走査位置情報はＣＰＵ１４に送られ、ＣＰＵ１４において相互に対応づけられてメモリ１９に記憶される。また、スキャナ３の各走査位置とフレームメモリ１６のアドレス位置とは相互に対応づけられているので、光検出器９により検出された各走査位置の輝度情報が、その走査位置に対応するフレームメモリ１６のアドレス位置に格納される。フレームメモリ１６に格納された輝度情報は、そのままモニタ１７に表示され、スキャナ３による走査範囲の全体を走査する間に１枚の画像情報がモニタ１７に表示される。

結像回数が奇数回の対物レンズ６′に交換したときには、観察者によりその情報がＣＰＵ１４に入力され、ＣＰＵ１４からスキャナ制御装置１３にその情報が送られる。スキャナ制御装置１３は、スキャナ３を構成する２枚のガルバノミラー３ａ，３ｂによるレーザ光Ｌの走査方向を両方向とも逆転させる。

すなわち、スキャナ３は、対物レンズ６′に対して上記とは逆方向に走査されたレーザ光Ｌを入射させるようになる。そして、対物レンズ６′に入射したレーザ光Ｌは、対物レンズ６′によって奇数回結像され、１８０°回転させられるので、標本Ａに対しては、結像回数がゼロ回あるいは偶数回の対物レンズ６と同様に、走査範囲の左上隅から右下隅に向けてラスタスキャン方式にレーザ光Ｌを走査させることができる。

その結果、上記と同様にして、標本Ａの各位置において、標本Ａに含有されている蛍光物質を励起し、蛍光Ｆを発生させ、発生した蛍光Ｆは、対物レンズ６′、結像レンズ５、瞳投影レンズ４およびスキャナ３を経由してレーザ光Ｌと同じ経路を戻り、ダイクロイックミラー７によって分離されて集光レンズ８により集光され、光検出器９により検出される。したがって、モニタ１７に表示される標本Ａの画像は、回転することなく、同一方向から見た画像として表示される。

すなわち、本実施形態に係る走査型観察装置１によれば、使用目的に合わせて、倍率を変更したり、標本Ａに挿入する細径先端部を有する対物レンズ６′を使用したりする際に、結像状態、特に、結像回数が異なる対物レンズ６，６′に交換しても、同一方向から見た画像をモニタ１７上に表示することができ、観察者による観察し易さを向上することができる。
また、本実施形態に係る走査型観察装置１によれば、結像状態の異なる対物レンズ６，６′を交換しても、イメージローテータの挿入等、特別な部品を追加することなく、低いコストで、同一方向から見た画像をモニタ１７上に表示することができるという効果がある。

なお、本実施形態においては、対物レンズ６，６′が奇数回結像するか否かの情報を観察者がＣＰＵ１４に入力することとしたが、これに代えて、対物レンズ６，６′にＲＦタグのような識別標識を備え、観察装置本体側にこれを読み取るセンサ（図示略）を配置することとして、対物レンズ６，６′を交換すると自動的にスキャナ制御装置１３によるスキャナ３の動作が切り替わることとしてもよい。

次に、本発明の第２の実施形態に係る走査型観察装置１について、図４および図５を参照して以下に説明する。
なお、本実施形態の説明においても、上述した第１の実施形態に係る走査型観察装置１と構成を共通とする箇所に同一符号を付して説明を省略する。

本実施形態に係る走査型観察装置１は、スキャナ制御装置１３によるスキャナ３の動作の切り替えに代えて、スキャナ３の動作を変更することなく、フレームメモリ１６への輝度情報の格納順序を切り替えるものである。
上述したように、標本Ａにおける走査範囲の各位置は、フレームメモリ１６の各アドレス位置に対応づけられている。例えば、図４に例示されるように、標本Ａにおける走査範囲をＡ１〜Ｊ１０まで１０×１０の走査位置に区画する場合、各走査位置はフレームメモリ１６のＸ１〜Ｘ１００までの１００個のアドレス位置に対応づけられている。そして、各走査位置の輝度情報が取得されると、ＣＰＵ（画像処理装置）１４は、各走査位置に対応するフレームメモリ１６のアドレス位置に輝度情報を格納するようになっている。

本実施形態に係る走査型観察装置１においては、標準の対物レンズ６を取り付けている場合に、標本Ａ上の走査位置Ａ１からの輝度情報はフレームメモリ１６のアドレス位置Ｘ１に格納され、走査位置Ａ２からの輝度情報はフレームメモリ１６のアドレス位置Ｘ２に格納され、以下、順次格納されるようになっている。したがって、スキャナ３の作動により、走査位置Ａ１〜Ａ１０、Ｂ１〜Ｂ１０、……、Ｊ１〜Ｊ１０の順にレーザ光Ｌが照射され、各走査位置からの輝度情報が、フレームメモリ１６のアドレス位置Ｘ１〜Ｘ１００に順次格納されるようになっている。

一方、本実施形態に係る走査型観察装置１においては、結像回数が奇数回の対物レンズ６′を取り付けている場合に、ＣＰＵ１４は、フレームメモリ１６への格納順序を逆転させるようになっている。すなわち、標準の対物レンズ６が取り付けられている場合と同様にレーザ光Ｌを入射させると、レーザ光Ｌは、対物レンズ６′において奇数回結像させられる結果、１８０°回転させられて標本Ａ上の正反対の走査位置Ｊ１０に最初に入射させられ、その位置で蛍光Ｆを発生させる。

そして、発生した蛍光Ｆは、対物レンズ６′によって集光されて戻り、光検出器９により検出される。したがって、光検出器９により検出される輝度情報は、標本Ａ上の走査位置Ｊ１０に対応しているため、ＣＰＵ１４は、その輝度情報を走査位置Ｊ１０に対応するフレームメモリ１６のアドレス位置Ｘ１００に格納する。

すなわち、標準の対物レンズ６が取り付けられている場合と同じ方向にスキャナ３を動作させるので、レーザ光Ｌは標本Ａ上に走査位置Ｊ１０〜Ａ１の順序で照射される。そして、これら走査位置Ｊ１０〜Ａ１の順序で発生した蛍光Ｆの輝度情報が、ＣＰＵ１４により、標準の対物レンズ６が取り付けられている場合とは逆方向に、図５に示されるように、フレームメモリ１６のアドレス位置Ｘ１００〜Ｘ１の順に格納されていく。

これにより、結像回数が奇数回の対物レンズ６′を取り付けた場合においても、フレームメモリ１６の各アドレス位置Ｘ１〜Ｘ１００と、そこに格納される輝度情報に対応する走査位置Ａ１〜Ｊ１０との対応関係は、結像回数がゼロ回または偶数回の対物レンズ６を取り付けた場合と同様となり、標本Ａを同じ方向から見た画像を表示することができる。
この場合において、本実施形態に係る走査型観察装置１においても、上記第１の実施形態と同様に、イメージローテータのような特別の部品を挿入することなく、結像状態の変化にかかわらず、低いコストで、同一方向から見た画像をモニタ１７上に表示することができる。

なお、本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様にして、対物レンズ６，６′に任意の識別標識を設け、観察装置本体側にこれを読み取るセンサを配置して、装着する対物レンズ６，６′の種類に応じて、ＣＰＵ１４の動作を自動的に切り替えることにしてもよい。

本発明の第１の実施形態に係る走査型観察装置を示す全体構成図である。 図１の走査型観察装置により標準の対物レンズに入射されるレーザ光の走査軌跡の一例を示す図である。 図１の走査型観察装置により、結像回数が奇数回の対物レンズに入射されるレーザ光の走査軌跡の一例を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る走査型観察装置に標準の対物レンズが装着された場合における、レーザ光の走査範囲とフレームメモリとの対応関係を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係る走査型観察装置に結像回数が奇数回の対物レンズが装着された場合における、レーザ光の走査範囲とフレームメモリとの対応関係を示す図である。

符号の説明

Ａ 標本
１ 走査型観察装置
３ スキャナ
６，６′ 対物レンズ
９ 光検出器
１３ スキャナ制御装置
１４ ＣＰＵ（画像処理装置）

Claims (2)

1. 着脱可能に取り付けられる対物レンズと、
   該対物レンズにより集光された標本からの光を２次元的に走査するスキャナと、
   該スキャナの動作を制御するスキャナ制御装置と、
   該スキャナにより走査された光を検出する光検出器とを備え、
   前記スキャナ制御装置が、取り付けられた対物レンズにおける結像回数に応じて光の走査方向を切り替えるよう制御し、
   前記スキャナが、直交する２方向にそれぞれ光を走査し、
   前記スキャナ制御装置は、前記対物レンズにおける前記結像回数が奇数回の場合に、結像回数がゼロ回または偶数回の場合とは前記２方向とも逆方向に光を走査するよう制御する走査型観察装置。
2. 着脱可能に取り付けられる対物レンズと、
   該対物レンズにより集光された標本からの光を２次元的に走査するスキャナと、
   該スキャナにより走査された光を検出する光検出器と、
   該光検出器により検出された光の輝度情報を画像上の各位置に対応して配列されたアドレス位置のメモリに格納する画像処理装置とを備え、
   該画像処理装置が、取り付けられた対物レンズにおける結像回数に応じて格納順序を切り替え、
   前記画像処理装置は、前記対物レンズにおける前記結像回数が奇数回の場合に、結像回数がゼロ回または偶数回の場合とは逆の順序で輝度情報を格納するよう切り替える走査型観察装置。

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