JP5179683B2

JP5179683B2 - 光学顕微鏡システム

Info

Publication number: JP5179683B2
Application number: JP2000099529A
Authority: JP
Inventors: 義太郎中野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2000-03-31
Filing date: 2000-03-31
Publication date: 2013-04-10
Anticipated expiration: 2020-03-31
Also published as: JP2001281553A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、対物レンズを介してステージ上の試料を観察する光学顕微鏡システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
光学顕微鏡を用いて、対物レンズおよび接眼レンズを介してステージ上の試料を観察することができる。或いは、対物レンズを介してステージ上の試料の画像をテレビカメラ等の画像取得手段により取得し、この取得された画像をテレビモニタ等の画像表示手段により表示して、この表示された画像に基づいて試料を観察する場合も多い。
【０００３】
このように画像取得手段および画像表示手段を用いて試料を観察する際には以下のような問題点がある。すなわち、画像取得手段における２次元撮像素子の撮像面の面積が小さいことから視野が狭く、試料中の特定の観察領域を探すことが困難であった。そこで、試料中の特定の観察領域を探す際には、画像取得手段および画像表示手段を用いることなく接眼レンズを通して直接に試料を観察するか、或いは、画像取得手段および画像表示手段を用いる場合であってもレボルバを回転して低倍率の対物レンズを用いることで広い視野で試料を観察している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような操作はユーザにとって煩雑である。また、低倍率の対物レンズは解像力が低いので、試料の観察が困難である。さらに、レボルバを回転することにより対物レンズの光軸が微妙にずれて、この光軸ずれに因り試料の最適な観察が困難である。
【０００５】
本発明は、上記問題点を解消する為になされたものであり、画像取得手段および画像表示手段を用いて試料を容易に観察することができる光学顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る光学顕微鏡システムは、対物レンズを介してステージ上の試料を観察する光学顕微鏡システムであって、(1) 対物レンズの光軸に垂直な方向に対物レンズと試料とを相対的に移動させる水平移動手段と、(2) 対物レンズを介して観察される試料の画像を取得する画像取得手段と、(3) 画像取得手段により取得された画像を記憶する画像記憶手段と、(4) 画像記憶手段により記憶されている画像に基づいて再構成画像を作成する画像再構成手段と、(5) 画像取得手段により取得された画像、画像記憶手段により記憶されている画像、または、画像再構成手段により作成された再構成画像を、表示する画像表示手段と、(6) 画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を受け付ける位置指定手段と、(7) 水平移動手段による対物レンズと試料との相対的な移動、画像取得手段による画像の取得、画像記憶手段による画像の記憶、画像再構成手段による再構成画像の作成、画像表示手段による画像の表示、および、位置指定手段による位置の指定の受け付け、それぞれを制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。
【０００７】
そして、本発明に係る光学顕微鏡システムの制御手段は、水平移動手段により試料を所定位置に移動させ、移動後、画像取得手段により画像を取得し、取得した画像を画像記憶手段に記憶させ、記憶した画像を画像表示手段に低倍率で表示する動作を行い、水平移動手段により新たな所定位置に移動した後、画像の取得および記憶を行い、その取得および記憶をした画像に基づいて再構成画像を作成して再構成画像を低倍率で表示する動作を繰り返すとともに、画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を位置指定手段が受け付けたときに、その再構成画像上の指定された位置に対応する試料上の位置の画像を画像取得手段が取得して画像記憶手段が記憶するよう、対物レンズと試料との相対的な移動を水平移動手段に対して指示して、その画像を高倍率で表示するよう画像表示手段に対して指示することを特徴とする。
【０００８】
本発明に係る光学顕微鏡システムは、対物レンズの光軸に平行な方向に対物レンズと試料とを相対的に移動させる垂直移動手段を更に備えるのが好適である。そして、この場合、制御手段は、(1) 垂直移動手段による対物レンズと試料との相対的な移動における各位置において、試料の一定範囲の再構成画像を作成するよう、水平移動手段、画像取得手段、画像記憶手段および画像再構成手段それぞれに対して指示するとともに、(2) 垂直移動手段による対物レンズと試料との相対的な移動における何れかの位置における試料の一定範囲の再構成画像を低倍率で表示するよう画像表示手段に対して指示し、(3) 画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を位置指定手段が受け付けたときに、その再構成画像上の指定された位置に対応する試料上の位置の画像を画像取得手段が取得して画像記憶手段が記憶するよう、対物レンズと試料との相対的な移動を水平移動手段および垂直移動手段に対して指示して、その画像を高倍率で表示するよう画像表示手段に対して指示するのが好適である。
【００１１】
制御手段は、試料の一定範囲の再構成画像を一定周期で作成し表示するよう、水平移動手段、画像取得手段、画像記憶手段、画像再構成手段および画像表示手段に対して指示するのが好適である。
【００１２】
また、制御手段は、画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を位置指定手段が受け付けたときに、その再構成画像上の指定された位置に対応する試料上の位置の画像を画像取得手段が取得して画像記憶手段が記憶した後に、試料の一定範囲の再構成画像を一定周期で作成し表示することを再開するよう、水平移動手段、画像取得手段、画像記憶手段、画像再構成手段および画像表示手段に対して指示するのが好適である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る光学顕微鏡システム１のブロック図である。この光学顕微鏡システム１は、光源１１、シャッタ１２、電動ＸＹステージ１３、対物レンズ１４、対物レンズ上下移動部１５、カメラ（画像取得手段）１６、シャッタコントローラ２２、ステージコントローラ（水平移動手段）２３および対物レンズ上下移動コントローラ（垂直移動手段）２５を恒温装置１７内に備えている。また、光学顕微鏡システム１は、制御装置（制御手段、画像再構成手段）３１、画像記憶装置（画像記憶手段）３２、低倍率画像表示装置（画像表示手段）３３、高倍率画像表示装置（画像表示手段）３４および保湿ガス供給装置３５を備えている。この図に示す光学顕微鏡装置１は倒立顕微鏡の構成を含んでいる。
【００１４】
電動ＸＹステージ１３の上方に光源１１が設けられ、電動ＸＹステージ１３と光源１１との間にシャッタ１２が設けられている。光源１１は、電動ＸＹステージ１３上に載置された容器２に容れられている試料を照明する為の照明光を出力する。また、シャッタ１２は、制御装置３１に接続されたシャッタコントローラ２２により制御されて開閉して、電動ＸＹステージ１３または対物レンズ１４が移動している途中であって試料の画像を取得する必要がない期間では閉じ、画像を取得すべきときに開いて照明光を試料へ照射する。
【００１５】
電動ＸＹステージ１３は、観察すべき試料が容れられた容器２を載置するものであり、制御装置３１に接続されたステージコントローラ２３により駆動されて、対物レンズ１４の光軸（ｚ軸）に垂直な任意の方向（ｘｙ平面に平行な任意の方向）に容器２とともに移動する。これにより、対物レンズ１４の光軸に垂直な方向に対物レンズ１４と容器２内の試料とが相対的に移動する。
【００１６】
対物レンズ１４は、電動ＸＹステージ１３の下方に設けられており、試料から到達した光を集光するものであり、対物レンズ上下移動部１５に固定されている。対物レンズ上下移動部１５は、制御装置３１に接続された対物レンズ上下移動コントローラ２５により駆動されて、光軸（ｚ軸）に平行な方向に移動する。これにより、対物レンズ１４の光軸に平行な方向に対物レンズ１４と容器２内の試料とが相対的に移動する。
【００１７】
シャッタコントローラ２２、ステージコントローラ２３および対物レンズ上下移動コントローラ２５それぞれは、例えばＲＳ２３２Ｃの制御プロトコールで制御装置３１と接続されており、制御装置３１により動作が制御される。恒温装置１７は、その内部にあるものを恒温（例えば３７℃）に維持する。また、容器２に接続された保湿ガス供給装置３５は、５％炭酸ガスおよび飽和水蒸気を含む気体を容器２の内部に供給するものであり、容器２内の試料である生体細胞を長時間に亘って観察することを可能としている。
【００１８】
カメラ１６は、対物レンズ１４の下方に設けられており、対物レンズ１４を含む光学系により集光され結像された試料の画像を取得する。そして、画像記憶装置３２は、制御装置３１により制御されて、カメラ１６により取得された画像を指定時刻に記憶する。画像再構成手段としての制御装置３１は、画像記憶装置３２に記憶されている複数の画像に基づいて、容器２内の試料の一定範囲の再構成画像を作成し、この再構成画像を低倍率画像表示装置３３に表示させる。また、制御装置３１は、画像記憶装置３２に記憶されている画像の何れかを、高倍率画像表示装置３４に表示させる。
【００１９】
なお、低倍率画像表示装置３３および高倍率画像表示装置３４は、互いに別体であってもよいし、同一体のものを時に応じて切り替えて使用するようにしてもよい。また、低倍率画像および高倍率画像それぞれが意味するところは、各々の表示画面に表示される画像に対応する試料の範囲が広いもの（低倍率画像）であるか狭いもの（高倍率画像）であるかである。すなわち、低倍率画像とは低倍率の対物レンズで観察される広い視野内の試料の画像に相当し、高倍率画像とは高倍率の対物レンズで観察される狭い視野内の試料画像に相当する。制御装置３１は、再構成画像を低倍率画像表示装置３３に表示させる際には、画素を間引いたり平均化したりして、表示する画素数を削減する。
【００２０】
低倍率画像表示装置３３は、その表示画面に表示されている再構成画像における位置の指定を、マウス等のポインティングデバイスによる割り込み動作として受け付ける位置指定手段を有している。ポインティングデバイスにより位置指定されると、その指定された再構成画像上の位置指定情報は、割り込み情報とともに制御装置３１に送られる。そして、制御装置３１は、この割り込み情報を入力すると、位置指定情報が示す再構成画像上の位置に対応する試料上の位置の画像をカメラ１６が取得できるように、ステージコントローラ２３を介して電動ＸＹステージ１３を移動させ、更に対物レンズ上下移動コントローラ２５および対物レンズ上下移動部１５を介して対物レンズ１４を移動させて、カメラ１６により取得された画像を画像記憶装置３２に記憶させ、この画像を高倍率画像表示装置３４に表示させる。
【００２１】
図２は、本実施形態に係る光学顕微鏡システム１の動作を説明するフローチャートである。制御装置３１は、自己が内蔵しているタイマに従って、試料の一定範囲の再構成画像を一定周期で作成し表示するよう、他の構成要素を制御する。すなわち、制御装置３１は、タイマが示す時刻を確認し（ステップＳ１０）、再構成画像を作成・表示すべき時刻になったら、電動ＸＹステージ１３をｘｙ平面上の所定位置に移動させるとともに（ステップＳ１１）、対物レンズ１４をｚ方向の所定位置に移動させて（ステップＳ１２）、カメラ１６により取得された画像を画像記憶装置３２に記憶させる（ステップＳ１３）。ｚ方向における対物レンズ１４の各位置において、試料の一定範囲を分割して得られる各区分を含む領域において、ｚ軸方向の各位置に対物レンズ１４を移動させて得られる画像の全てをカメラ１６が取得して画像記憶装置３２が記憶するまで、ステップＳ１２〜Ｓ１３の動作を繰り返す（ステップＳ１４）。そして、制御装置３１は、画像記憶装置３２に記憶されている複数の画像に基づいて試料の一定範囲の再構成画像を作成し（ステップＳ１５）、その再構成画像を低倍率画像表示装置３３に表示させる（ステップＳ１６）。
【００２２】
その後、制御装置３１は、低倍率画像表示装置３３より割り込み情報が送られてきたか否かを確認する（ステップＳ１７）。割り込み情報が送られてきていなければ、試料の一定範囲を分割して得られる各区分を含む領域の画像の全てをカメラ１６が取得して画像記憶装置３２が記憶するまで、ステップＳ１１〜Ｓ１７の動作を繰り返して（ステップＳ１８）、その後、ステップＳ１０に戻る。一方、割り込み情報が送られてきていれば、割り込み処理（ステップＳ２０〜Ｓ２４）を行う。
【００２３】
割り込み処理では、制御装置３１は、低倍率画像表示装置３３に表示されている再構成画像において位置の指定があった旨を認識して、その指定された再構成画像上の位置を読み取る（ステップＳ２０）。制御装置３１は、この指定された再構成画像上の位置に対応する試料上の位置の画像をカメラ１６が取得できるように、電動ＸＹステージ１３を移動させるとともに（ステップＳ２１）、対物レンズ１４を移動させて（ステップＳ２２）、カメラ１６により取得された画像を画像記憶装置３２に記憶させ（ステップＳ２３）、この画像を高倍率画像表示装置３４に表示させる（ステップＳ２４）。その後、ステップＳ１８に戻る。
【００２４】
図３は、本実施形態に係る光学顕微鏡システム１において取得・記憶される画像および作成される再構成画像を説明する図である。この図において、４×４個の矩形枠１〜１６は、図２のフローチャート中のステップＳ１３で順次にカメラ１６により取得され画像記憶装置３２により記憶される画像の範囲を示す。矩形の破線枠Ａは、図２のフローチャート中のステップＳ１５で制御装置３１により作成されて、ステップＳ１６で低倍率画像表示装置３３により表示される再構成画像の範囲を示す。また、矩形の太線枠Ｂは、図２のフローチャート中のステップＳ２３でカメラ１６により取得され画像記憶装置３２により記憶されて、ステップＳ２４で高倍率画像表示装置３４により表示される画像の範囲を示す。
【００２５】
この図に示すように、ステップＳ１３で順次にカメラ１６により取得され画像記憶装置３２により記憶される１６枚の画像（矩形枠１〜１６）は、試料の一定範囲（矩形の破線枠Ａ）を分割して得られる各区分を含む領域の画像であり、この矩形枠の番号の順にＸＹ電動ステージ１３が移動して取得され記憶される。これら１６枚の画像のうち任意の互いに隣り合う２枚の画像は、２％〜１０％程度の部分が互いに重なっている。そして、この画像の重なりに基づいて、試料の一定範囲（矩形の破線枠Ａ）の再構成画像は、制御装置３１により作成され（ステップＳ１５）、低倍率画像表示装置３３により表示される（ステップＳ１６）。
【００２６】
そして、低倍率画像表示装置３３により表示された再構成画像において位置Ｐの指定があると、制御装置３１により制御されて、この指定された再構成画像上の位置Ｐに対応する試料上の位置の画像をカメラ１６が取得できるように、電動ＸＹステージ１３が移動する（ステップＳ２１）。これにより、位置Ｐを中心とする矩形の太線枠Ｂの範囲の画像が、カメラ１６により取得されて画像記憶装置３２に記憶され（ステップＳ２３）、高倍率画像表示装置３４に表示される（ステップＳ２４）。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る光学顕微鏡システム１を用いれば、試料の広い一定範囲の再構成画像を低倍率画像表示装置３３で観察することができるとともに、この低倍率画像表示装置３３に表示された再構成画像において位置を指定すると、この指定された再構成画像上の位置に対応する試料上の位置の画像を高倍率画像表示装置３４で観察することができる。このように、ユーザにとって、操作が簡単であり、試料の観察が容易である。また、１つの対物レンズ１４を用いて観察するので、対物レンズ１４の光軸のずれが生じることがなく、試料の最適な観察が可能である。
【００２８】
また、取得・記憶した画像または作成した再構成画像を表示する際の倍率を任意に設定できるようにするのも好適である。このようにすることで、試料における任意の広さの領域の画像を観察することができる。この倍率の設定は、画素を間引くか又は演算を行うことで可能である。各倍率の画像を予め作成し記憶しておくことで、指定された倍率の画像を瞬時に表示することができる。
【００２９】
また、この光学顕微鏡システム１を用いれば、容器２内の試料（特に生体細胞）に対して最適な環境を与えることができ、また、ユーザによる操作が簡単で観察が容易であることから、長期間に亘って試料の観察を行うことができる。また、低倍率画像表示装置３３に表示される再構成画像が逐次更新されるので、この再構成画像の更新周期が短く、試料の変化が遅ければ、広い視野における試料の変化を観察するのに好適である。さらに、長期間に亘って一定時間毎に取得して記憶した画像または作成した再構成画像を、短時間で連続的に表示することで、試料の変化をアニメーション表示することができる。
【００３０】
したがって、試料としての生体細胞を長期間に亘って観察・記録することができるので、細胞の形態変化に基づいて細胞の周期を求めることができる。細胞の周期は細胞種類毎に一定であるので、或る特定種類の細胞が分裂する時刻を予測して、その時刻になったときに分裂が予測される細胞を視野の中央にもっていって観察することが可能である。この光学顕微鏡システム１を用いることで、細胞分裂の研究が飛躍的に進むものと期待される。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳細に説明したとおり、本発明に係る光学顕微鏡システムよれば、制御手段による制御の下に動作して、水平移動手段により対物レンズと試料とが水平方向に相対的に移動して、試料の一定範囲を分割して得られる各区分を含む領域の画像が、順次に画像取得手段により取得されて、画像記憶手段により記憶される。そして、この画像記憶手段により記憶されている複数の画像に基づいて、試料の一定範囲の再構成画像が画像再構成手段により作成され、この再構成画像が画像表示手段により低倍率で表示される。この画像表示手段により表示されている再構成画像においてユーザによる位置の指定が位置指定手段により受け付けられると、水平移動手段により対物レンズと試料とが相対的に移動して、その再構成画像上の指定された位置に対応する試料上の位置の画像が、画像取得手段により取得され、画像記憶手段により記憶されて、画像表示手段により高倍率で表示される。
【００３２】
したがって、試料の広い一定範囲の再構成画像を低倍率で観察することができるとともに、この表示された再構成画像において位置を指定すると、この指定された再構成画像上の位置に対応する試料上の位置の画像を高倍率で観察することができる。このように、ユーザにとって、操作が簡単であり、試料の観察が容易である。また、１つの対物レンズを用いて観察するので、対物レンズの光軸のずれが生じることがなく、試料の最適な観察が可能である。また、再構成画像が一定周期で作成され表示されるようにすれば、長期間に亘って試料の観察を行うことができる。また、表示される再構成画像が逐次更新されるので、この再構成画像の更新周期が短く、試料の変化が遅ければ、広い視野における試料の変化を観察するのに好適である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態に係る光学顕微鏡システム１のブロック図である。
【図２】本実施形態に係る光学顕微鏡システム１の動作を説明するフローチャートである。
【図３】本実施形態に係る光学顕微鏡システム１において取得・記憶される画像および作成される再構成画像を説明する図である。
【符号の説明】
１…光学顕微鏡システム、１１…光源、１２…シャッタ、１３…電動ＸＹステージ、１４…対物レンズ、１５…対物レンズ上下移動部、１６…カメラ（画像取得手段）、１７…恒温装置、２２…シャッタコントローラ、２３…ステージコントローラ（水平移動手段）、２５…対物レンズ上下移動コントローラ（垂直移動手段）、３１…制御装置（制御手段、画像再構成手段）、３２…画像記憶装置、３３…低倍率画像表示装置、３４…高倍率画像表示装置、３５…保湿ガス供給装置。

Claims

対物レンズを介してステージ上の試料を観察する光学顕微鏡システムであって、
前記対物レンズの光軸に垂直な方向に前記対物レンズと前記試料とを相対的に移動させる水平移動手段と、
前記対物レンズを介して観察される前記試料の画像を取得する画像取得手段と、
前記画像取得手段により取得された画像を記憶する画像記憶手段と、
前記画像記憶手段により記憶されている画像に基づいて再構成画像を作成する画像再構成手段と、
前記画像取得手段により取得された画像、前記画像記憶手段により記憶されている画像、または、前記画像再構成手段により作成された再構成画像を、表示する画像表示手段と、
前記画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を受け付ける位置指定手段と、
前記水平移動手段による前記対物レンズと前記試料との相対的な移動、前記画像取得手段による画像の取得、前記画像記憶手段による画像の記憶、前記画像再構成手段による再構成画像の作成、前記画像表示手段による画像の表示、および、前記位置指定手段による位置の指定の受け付け、それぞれを制御する制御手段と、
を備え、
前記制御手段は、
前記水平移動手段により前記試料を所定位置に移動させ、移動後、前記画像取得手段により前記画像を取得し、取得した前記画像を前記画像記憶手段に記憶させ、記憶した前記画像を前記画像表示手段に低倍率で表示する動作を行い、
前記水平移動手段により新たな所定位置に移動した後、前記画像の取得および記憶を行い、その取得および記憶をした前記画像に基づいて再構成画像を作成して再構成画像を低倍率で表示する動作を繰り返すとともに、
前記画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を前記位置指定手段が受け付けたときに、その再構成画像上の指定された位置に対応する前記試料上の位置の画像を前記画像取得手段が取得して前記画像記憶手段が記憶するよう、前記対物レンズと前記試料との相対的な移動を前記水平移動手段に対して指示して、その画像を高倍率で表示するよう前記画像表示手段に対して指示する、
ことを特徴とする光学顕微鏡システム。
前記対物レンズの光軸に平行な方向に前記対物レンズと前記試料とを相対的に移動させる垂直移動手段を更に備え、
前記制御手段は、
前記垂直移動手段による前記対物レンズと前記試料との相対的な移動における各位置において、前記試料の一定範囲の再構成画像を作成するよう、前記水平移動手段、前記画像取得手段、前記画像記憶手段および前記画像再構成手段それぞれに対して指示するとともに、
前記垂直移動手段による前記対物レンズと前記試料との相対的な移動における何れかの位置における前記試料の一定範囲の再構成画像を低倍率で表示するよう前記画像表示手段に対して指示し、
前記画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を前記位置指定手段が受け付けたときに、その再構成画像上の指定された位置に対応する前記試料上の位置の画像を前記画像取得手段が取得して前記画像記憶手段が記憶するよう、前記対物レンズと前記試料との相対的な移動を前記水平移動手段および前記垂直移動手段に対して指示して、その画像を高倍率で表示するよう前記画像表示手段に対して指示する、
ことを特徴とする請求項１記載の光学顕微鏡システム。
前記制御手段は、前記試料の一定範囲の再構成画像を一定周期で作成し表示するよう、前記水平移動手段、前記画像取得手段、前記画像記憶手段、前記画像再構成手段および前記画像表示手段に対して指示する、ことを特徴とする請求項１記載の光学顕微鏡システム。
前記制御手段は、
前記画像表示手段により表示されている再構成画像において位置の指定を前記位置指定手段が受け付けたときに、その再構成画像上の指定された位置に対応する前記試料上の位置の画像を前記画像取得手段が取得して前記画像記憶手段が記憶した後に、
前記試料の一定範囲の再構成画像を一定周期で作成し表示することを再開するよう、前記水平移動手段、前記画像取得手段、前記画像記憶手段、前記画像再構成手段および前記画像表示手段に対して指示する、
ことを特徴とする請求項３記載の光学顕微鏡システム。