JP4979469B2 - 顕微鏡撮像装置 - Google Patents
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この問題に対しては、励起光照射開始からの時間を計測し、所定時間が経過したときに操作者に警告を発することで励起光の照射量が適切であるか否かの判断を助ける方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
すなわち、本発明の顕微鏡撮像装置は、顕微鏡と、前記顕微鏡による標本の観察像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段による撮影画像を記憶する記憶手段と、を備える顕微鏡撮像装置であって、前記撮像手段によって撮影された第1の画像と、その第1の画像よりも前に前記撮像手段によって撮影され前記記憶手段に記憶された第2の画像と、の互いの明るさ情報を比較する比較手段と、前記比較手段による比較結果を表示する表示手段と、前記標本の観察倍率を設定する倍率設定手段と、を備え、前記比較手段は、前記倍率設定手段で設定された第1の倍率により撮影された前記第1の画像の第1の明るさ情報と、前記倍率設定手段で設定された前記第1の倍率と異なる第2の倍率により撮影された前記第2の画像において前記第1の倍率の観察領域に相当する領域の第2の明るさ情報と、を比較する。
また、本発明の顕微鏡撮像装置において、前記警告動作は、前記表示手段における文字情報の表示、当該顕微鏡撮像装置に備えられる音声出力装置における音声の出力、前記表示手段に表示される画面の色の変化、前記表示手段に表示される画面の明るさの変化、または当該顕微鏡撮像装置に備えられる入力装置に内蔵される振動装置の振動の少なくとも一つとしてもよい。
図1は、本発明の第1の実施形態に係る顕微鏡撮像装置の概略構成を示す図である。
図1に示す顕微鏡撮像装置1は、撮像装置100と、顕微鏡101と、制御部108と、入力装置105と、PC106と、表示部107とを備えて構成される。
上記PC106は、内部メモリ113を備えている。
図2は、顕微鏡101の概略構成を示す図である。また、図3は、落射蛍光観察時の顕微鏡101の光学系システムの概略構成を示す図である。
また、図2及び図3に示すように、顕微鏡101は、光源701及びコレクタレンズ702を有する光源部602と、NDフィルタ703、視野絞り704、開口絞り705、及び複数のキューブ707を格納するキューブユニット706を有する投光管601と、それぞれ倍率が異なる複数の対物レンズ608を保持するレボルバ607と、標本403を搭載するステージ604と、結像レンズを有する結像レンズユニット711とを備えて構成される。なお、特許請求の範囲における光学部材は、対物レンズ608、励起フィルタ708、ダイクロイックミラー709、吸収フィルタ710、視野絞り704、開口絞り705、NDフィルタ703、光源701、上記結像レンズ等の組み合わせにより構成されるものとする。
図5に示す画像処理部103は、RGB変換部301と、BB(ブラックバランス)補正部302と、階調補正部304と、輪郭強調部305とを備えて構成される。
表示部107は、TFTやCRT等のモニタであり、PC106からの入力信号に応じて撮影画像や操作者が各種操作を実行するためのGUI、文字等を表示する。
まず、操作者により顕微鏡撮像装置1に電源が入れられる(S501)と、PC106は画像処理用パラメータのデフォルトデータをI/F部104を介してCPU109に送信する。CPU109がデフォルトデータを画像処理部103に送信すると、各画像処理のデフォルトパラメータが設定される。また、制御部108からの命令信号に応じて顕微鏡101内の各駆動部が駆動され原点位置出し等の初期化が行われる(S502)。このとき、光源701はPC106から制御部108を介して設定された電圧が印加され、シャッタ712は閉じて遮光状態となる。
次に、操作者によりステージ604上に標本403が置かれた後、入力装置105からPC106に撮影開始の指示が与えられると、PC106は制御部108及びI/F部104を介したCPU109に命令信号を送信する。命令信号を受信した制御部108は、シャッタ712を開き光源701の光を標本403に照射させる。命令信号を受信したCPU109は撮像装置100内の各部に撮影開始信号を送信する。撮影開始信号を受信した撮像素子駆動部205は固体撮像素子202を駆動し、顕微鏡101からの入射光の光電変換を開始する。CPU109は、図示しない内蔵タイマで時間計測し露光完了を検出すると、固体撮像素子202に蓄積された電荷をアナログ信号として取り出す。アナログ信号に変換された撮影画像信号は、CDS/AGC回路203を通り、A/D変換器204によってディジタル信号の画像データに変換された後、画像処理部103を通って各画像処理が施される。画像処理部103において画像処理された画像データは、I/F部104によりタイミングが調整されつつPC106にデータ転送される。PC106は、取得した画像データを表示部107の画面上に表示させる(S504)。ここでPC106は、操作者から撮影画像保存の指示があるまで撮像部102が撮影した画像データを連続的に取得し表示部107の画面上に表示させる。このとき光源701からの励起光によって標本403の発した蛍光像は光軸上の各光学部材を通過し固体撮像素子202上に結像されるため、表示部107の画面には標本403の観察画像が常に更新されつつ表示される。操作者は、表示部107に表示される観察画像を参照しつつ、NDフィルタ703、視野絞り704、開口絞り705、キューブユニット706、シャッタ712、ステージ604等を入力装置105によってPC106、制御部108を介して制御し、ケラレ等のない所望の観察状態になるように調節する。
操作者は標本403の観察したい領域全体が表示部107の観察画像表示画面401内に入るように、ステージ604をXY平面上に移動させ位置調整しつつ、Z方向にも駆動しフォーカスを調整する。
対物レンズ608の倍率を高倍率に切り替える指示が有ったと判断すると(S508がYes)、PC106は、制御部108を介してレボルバ607を駆動し、光軸上に所望の高倍率の対物レンズ608をセットする(S509)。
ただし(1)式のOBrは励起光透過時の各対物レンズ608固有の入出力明るさ比、Rdmはダイクロイックミラー709の反射率、Tbpは励起フィルタ708の透過率、ASは開口絞り705の絞り開放時を1としたときの入出力光の明るさ比、FSは視野絞り704の絞り開放時を1としたときの入出力光の明るさ比、NDはNDフィルタ703の濃度比率である。また、標本403の蛍光像の明るさLkと固体撮像素子202への入射光Loutの明るさは、以下(2)式で表すことができる。
ただし(2)式のTkは結像レンズユニット711内の結像レンズの透過率、Tbaは吸収フィルタ710の透過率、Tdmはダイクロイックミラー709の透過率、OBkは蛍光透過時の各対物レンズ608固有の入出力明るさ比である。
S=k×Lout ・・・(3)
ただし(3)式のkは定数であり固体撮像素子202固有の定数である。
α=Lk/Lr
=S/(k×C) ・・・(4)
ただし(4)式のCは、C=(OBr×Rdm×Tbp×AS×FS×ND)×(Tk×Tba×Tdm×OBk)×Lin ・・・(5)である。
ただし(6)式のC1は(5)式で表される低倍率観察時の光学系ユニットの状態を表す係数、C2は高倍率観察中の光学系ユニットの状態を表す係数である。
次に、PC106は、操作者から対物レンズ608を低倍率に切り替える指示が無いか否かを判断する(S516)。
第2の実施形態に係る顕微鏡撮像装置1において特徴とする点は、自動露出機能(AE)を有し、内部メモリ113に記憶された参照用の低倍率画像の適正露出時間とライブ表示されている観察中の高倍率画像の適正露出時間と顕微鏡101の各部位の設定情報とに基づいて、標本403の褪色率を計算することである。
図9は、第2の実施形態に係る顕微鏡撮像装置1の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
次に、PC106は、前述の処理(S901)と同様に露出時間設定を変更した後、画像データを取得するという処理を繰り返し、取得した画像データの露出時間が適正露出時間であると判断すると、その露出時間を適正露出時間(T2)として固定し(S903がYes)、顕微鏡101の各部位の設定情報と適正露出時間(T2)を一旦内部メモリ113に記憶する(S904)。
ただし上記(8)式のC1、C2はそれぞれ前述の(5)式で表される光学系ユニットの状態を表す係数、α2/α1は上記(6)式と同様に低倍率画像における励起光に対する標本403の蛍光の明るさ比に対する、高倍率画像における励起光に対する標本403の蛍光の明るさの比の変化率を表す。
第2の実施形態に係る顕微鏡撮像装置1によれば、第1の実施形態に係る顕微鏡撮像装置1と同様に、PC106が観察画像を取得する毎に褪色率405が表示部107の観察画像表示画面401に表示されるので、操作者は標本403の褪色の程度を定量的に知り、励起光の照射量の不適な設定等による意図しない標本403の褪色を事前に防ぐことができる。また、複数部位を蛍光観察する場合、各部位の観察時間を十分にとりつつ、標本403に与えるダメージを抑えることができる。また、自動露出機能が働き標本画像の明るさが表示画面上変化してないように見えるときでも、操作者は褪色の程度を知ることができる。
第3の実施形態に係る顕微鏡撮像装置1の特徴とする点は、標本403の褪色率が予め設定された基準値Dを超えたときに警告することである。
図12は、第3の実施形態に係る顕微鏡撮像装置1の動作を説明するためのフローチャートを示す図である。
例えば、上記実施形態では、顕微鏡101は落射照明型であるが、システム構成に合わせて光学系の設置状態を表す計算式(例えば、上記(1)式や(2)式等)を変更することによって透過照明型でも適用可能である。
101 顕微鏡
102 撮像部
103 画像処理部
104 I/F部
105 入力装置
106 PC
107 表示部
108 制御部
109 CPU
110 制御バス
113 内部メモリ
202 固体撮像素子
203 CDS/AGC回路
204 A/D変換器
205 撮像素子駆動部
301 RGB変換部
302 BB補正部
304 階調補正部
305 輪郭強調部
401 観察画像表示画面
402 参照画像表示画面
403 標本
404 観察領域
405 褪色率
601 投光管
602 光源部
604 ステージ
605 アダプタ
607 レボルバ
608 対物レンズ
701 光源
702 コレクタレンズ
703 NDフィルタ
704 視野絞り
705 開口絞り
706 キューブユニット
707 キューブ
708 励起フィルタ
709 ダイクロイックミラー
710 吸収フィルタ
711 結像レンズユニット
712 シャッタ
1101 警告メッセージ
Claims (7)
- 顕微鏡と、前記顕微鏡による標本の観察像を撮影する撮像手段と、前記撮像手段による撮影画像を記憶する記憶手段と、を備える顕微鏡撮像装置であって、
前記撮像手段によって撮影された第1の画像と、その第1の画像よりも前に前記撮像手段によって撮影され前記記憶手段に記憶された第2の画像と、の互いの明るさ情報を比較する比較手段と、
前記比較手段による比較結果を表示する表示手段と、
前記標本の観察倍率を設定する倍率設定手段と、
を備え、
前記比較手段は、前記倍率設定手段で設定された第1の倍率により撮影された前記第1の画像の第1の明るさ情報と、前記倍率設定手段で設定された前記第1の倍率と異なる第2の倍率により撮影された前記第2の画像において前記第1の倍率の観察領域に相当する領域の第2の明るさ情報と、を比較する、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。 - 請求項1に記載の顕微鏡撮像装置であって、
前記第1及び第2の明るさ情報は、それぞれ、前記標本への励起光に対する前記標本からの蛍光の明るさ比であり、
前記比較手段は、前記第2の明るさ情報に対する前記第1の明るさ情報の変化量を前記比較結果として計算する、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。 - 請求項2に記載の顕微鏡撮像装置であって、
前記顕微鏡における光学部材の状態を設定する光学部材設定手段を備え、
前記比較手段は、前記光学部材設定手段による光学部材の設定情報に基づいて前記変化量を計算する、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。 - 請求項3に記載の顕微鏡撮像装置であって、
前記光学部材は、対物レンズ、フィルタ、開口絞り、視野絞り、NDフィルタ、光源、及び結像レンズの組み合わせにより構成される、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。 - 請求項2に記載の顕微鏡撮像装置であって、
前記変化量が所定の基準値を超えるとき警告動作を行う警告手段を備える、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。 - 請求項5に記載の顕微鏡撮像装置であって、
前記警告動作は、前記表示手段における文字情報の表示、当該顕微鏡撮像装置に備えられる音声出力装置における音声の出力、前記表示手段に表示される画面の色の変化、前記表示手段に表示される画面の明るさの変化、または当該顕微鏡撮像装置に備えられる入力装置に内蔵される振動装置の振動の少なくとも一つである、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。 - 請求項2に記載の顕微鏡撮像装置であって、
前記標本へ励起光を照射する照明手段と、
前記照明手段による励起光の照射量を制御する照射量制御手段と、
を備え、
前記照射量制御手段は、前記変化量が所定の基準値を超えるとき前記照射量を減じる、
ことを特徴とする顕微鏡撮像装置。
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