JP5532318B2 - 顕微鏡装置および記録媒体 - Google Patents

Description

本発明は、対物レンズを切り替えて検鏡倍率を変更する場合に、注目している観察部位を見失うことなく観察を行なうことができるようにした顕微鏡装置および記録媒体に関する。

近年、顕微鏡においては、ＣＣＤ（Charge Coupled Devices）などの撮像素子により取得された観察対象の観察画像を、ディスプレイに表示させて観察を行なうことが多くなってきている。また、対物レンズを切り替えるためのレボルバも、手動で回転するものばかりではなく、電動で回転可能なものも多く使用されるようになってきている。

例えば、電動のレボルバを備えた顕微鏡を用いて観察対象を観察する場合、検鏡者はボタン操作によりレボルバを回転させて、所望の倍率の対物レンズを観察光路上に配置させることで、検鏡倍率を適宜変更しながら観察を行なう。観察時には、撮像素子により撮像された観察画像がディスプレイに表示されるので、検鏡者は観察画像上で観察対象の目的とする部位を確認することができる。

ところで、検鏡者が検鏡倍率を変更しようとレボルバを回転させると、回転前に光路上に配置されていた対物レンズで観察される観察対象の像はディスプレイから消える。そして、レボルバの回転が終了して変更後の対物レンズが光路上に配置されると、その対物レンズで観察される観察対象の像がディスプレイに表示されることになる。

具体的には、透過照明による観察の場合、レボルバの回転中は照明光が遮られてディスプレイは暗くなる。反射照明による観察の場合、レボルバ内部の色（例えば、黒色等、反射し難い色でない色）によっては、レボルバの回転中は照明光がレボルバで反射するのでディスプレイが明るくなる場合がある。

また、従来の顕微鏡には、暗視野照明での観察を行なう場合において、レボルバを回転させて対物レンズを切り替えるときに、照明光の光量を少なくしたり、照明光を遮光したりするものも知られている（例えば、特許文献１および特許文献２参照）。この顕微鏡では、照明光の光量調整や遮光を行なうことで、レボルバの回転時に照明光が撮像素子に入射して、ディスプレイに閃光が表示されてしまうことが防止されるため、検鏡者は眩しさを感じることなく観察を行なうことができる。

特開２０００−１９４１３号公報 特開平７−２０９５８４号公報

ところが、上述した技術では、対物レンズを切り替えて検鏡倍率を変更する場合、ディスプレイには、今まで見えていた観察画像と全く異なる観察画像が表示されるため、観察時に注目していた部位を見失ってしまうことが多かった。すなわち、検鏡倍率が変更されると、ディスプレイに表示される観察像の大きさが変化するので、検鏡者は、どの位置に注目する部位が表示されるかを把握することができなくなってしまう。

また、対物レンズを切り替える場合、切り替え開始時は、像が横方向へ流れるように移動し、レボルバの回転中には、ディスプレイに観察対象が表示されなくなってしまうので、さらに注目部位を見失いやすいという問題があった。

なお、このような欠点を補うものとして、光学ズーム系が知られている。光学ズーム系は対物レンズと鏡筒の間に配置され、対物レンズを通った像を連続的に拡大するものである。このような光学ズーム系によれば、連続的に検鏡倍率を変化させることが可能であるので、検鏡者は注目部位から眼を離さずに観察画像を拡大させることができる。また、ズーム系では、一般的に対物レンズに比べて広い拡大範囲をカバーすることはできない。

しかしながら、光学ズーム系を用いても対物レンズの解像力やワーキングディスタンス等の特性を変えることはできないので、対物レンズの切り替えが必要となる場合がある。

本発明は、このような状況に鑑みてなされたものであり、レボルバにより対物レンズを切り替えて検鏡倍率を変更する場合に、注目している観察部位を見失うことなく観察を行なうことができるようにするものである。

本発明の顕微鏡装置は、互いに倍率の異なる複数の対物レンズと、前記複数の対物レンズを保持し、それらの前記対物レンズの何れかを観察対象からの観察光の光路上に配置するレボルバと、前記対物レンズを介して前記観察対象から入射した前記観察光を受光して、前記観察対象の観察画像を撮像する撮像手段と、前記観察光の光路上に配置する前記対物レンズの切り替えが指示された場合、切り替え前後の前記対物レンズに関する対物レンズ情報を用いて、前記対物レンズの切り替え前に撮像された前記観察画像に対する画像処理を行い、補完画像を生成する生成手段と、前記対物レンズの切り替えが指示された場合、前記対物レンズの切り替え前に撮像された前記観察画像が表示された状態から、前記補完画像が表示され、さらに前記対物レンズの切り替え後に撮像された前記観察画像が表示されるように、ディスプレイへの画像の表示を制御し、かつ前記補完画像上における検鏡者により指定された注目部位の位置にマークを表示させる表示制御手段とを備えることを特徴とする。

本発明の記録媒体のプログラムは、レボルバに設置され、観察光の光路上に配置する対物レンズの切り替えが指示された場合、切り替え前後の前記対物レンズに関する対物レンズ情報を用いて、前記対物レンズの切り替え前に撮像された観察画像に対する画像処理を行い、補完画像を生成し、前記対物レンズの切り替えが指示された場合、前記対物レンズの切り替え前に撮像された前記観察画像が表示された状態から、前記補完画像が表示され、さらに前記対物レンズの切り替え後に撮像された前記観察画像が表示されるように、ディスプレイへの画像の表示を制御し、かつ前記補完画像上における検鏡者により指定された注目部位の位置にマークを表示させるステップを含む処理をコンピュータに実行させることを特徴とする。

本発明によれば、レボルバにより対物レンズを切り替えて検鏡倍率を変更する場合に、注目している観察部位を見失うことなく観察を行なうことができる。

本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。 倍率変更処理を説明するフローチャートである。 ディスプレイの表示の遷移例を示す図である。

以下、図面を参照して、本発明を適用した実施の形態について説明する。

［顕微鏡の構成］
図１は、本発明を適用した顕微鏡の一実施の形態の構成例を示す図である。

顕微鏡１１には、顕微鏡１１の動作を制御するコントローラ１２が接続されており、さらにコントローラ１２には、顕微鏡１１により撮像された、観察対象となるサンプルの画像（以下、観察画像と称する）が表示されるディスプレイ１３が接続されている。

顕微鏡１１では、ステージ２１上に載置された観察対象のサンプルが、電動のレボルバ２２に取り付けられた対物レンズ２３−１乃至対物レンズ２３−３の何れかにより観察される。対物レンズ２３−１乃至対物レンズ２３−３は、互いに異なる倍率の対物レンズであり、例えば対物レンズ２３−１乃至対物レンズ２３−３のそれぞれの倍率は５倍、１０倍、および２０倍とされる。

なお、以下、対物レンズ２３−１乃至対物レンズ２３−３のそれぞれを個々に区別する必要のない場合、単に対物レンズ２３とも称する。

レボルバ２２は対物レンズ２３を保持したまま回転し、これらの対物レンズ２３のうちの何れかを顕微鏡１１の光軸Ｌ１上に配置する。また、光軸Ｌ１上には、明視野観察や暗視野観察を可能とする反射照明装置２４、図示せぬ第２対物レンズを有する鏡筒２５が配置されている。鏡筒２５には、サンプルを観察するための接眼レンズ２６が設けられており、また鏡筒２５の直筒部分には、サンプルを撮像するＣＣＤカメラ２７が接続されている。

さらに、顕微鏡１１のベース部には透過照明用のランプハウス２８が設けられており、ランプハウス２８から射出された照明光は、図示せぬ照明光学系により導かれて、ステージ２１側からサンプルに照射される。

そして、照明光によりサンプルが照明されると、サンプルからの観察光は対物レンズ２３および反射照明装置２４を通って鏡筒２５に入射して、図示せぬハーフミラー等により接眼レンズ２６およびＣＣＤカメラ２７に導かれる。これにより、検鏡者は接眼レンズ２６からサンプルを観察することができる。

また、ＣＣＤカメラ２７は、入射した観察光を受光して電気信号に変換することでサンプルの観察画像を撮像し、得られた観察画像をコントローラ１２を介してディスプレイ１３に供給する。

さらに、反射照明装置２４には、反射照明用のランプハウス２９が設けられており、ランプハウス２９から射出された照明光は、光軸Ｌ１と直交する光軸Ｌ２に沿ってハーフミラー３０に導かれる。ハーフミラー３０は、反射照明装置２４内における光軸Ｌ１と光軸Ｌ２とが交わる位置に配置されており、ランプハウス２９からの照明光を反射させて対物レンズ２３に入射させるとともに、対物レンズ２３から入射した観察光を透過させて鏡筒２５に入射させる。

すなわち、サンプルが反射照明される場合、ランプハウス２９からの照明光は、ハーフミラー３０および対物レンズ２３を通ってサンプルに照射される。そして、照明光の照射によりサンプルから生じる観察光は、対物レンズ２３およびハーフミラー３０を通って接眼レンズ２６およびＣＣＤカメラ２７に入射する。

なお、ランプハウス２９からの照明光により、サンプルが暗視野照明される場合には、ハーフミラー３０に代えて、中央に孔の開いたドーナツミラーが配置される。

［倍率変更処理の説明］
次に、顕微鏡１１やコントローラ１２の動作について説明する。

検鏡者は、サンプルを観察しようとする場合、コントローラ１２を操作して照明光によるサンプルへの照明と、観察画像の取得を指示する。例えば、透過照明が指示されたとすると、コントローラ１２は顕微鏡１１を制御し、ランプハウス２８から照明光を射出させる。ランプハウス２８からの照明光は照明光学系を通ってサンプルに照射される。

すると、サンプルからは観察光が生じ、この観察光は対物レンズ２３、ハーフミラー３０、および鏡筒２５を通ってＣＣＤカメラ２７に入射する。ＣＣＤカメラ２７は、入射した観察光を受光して観察光の像を撮像し、得られた観察画像をコントローラ１２に供給する。そして、コントローラ１２は、ＣＣＤカメラ２７からの観察画像をディスプレイ１３に供給し、表示させる。

一般的に、サンプルを顕微鏡観察する場合、検鏡者は、低倍率の対物レンズ２３を使用してサンプル全体を把握するとともに、より細かく観察したい部位を探し出す。そして、検鏡者は、より高倍率の対物レンズ２３に切り替えて、探し出したサンプルの部位をより詳細に観察する。

検鏡者がコントローラ１２を操作して、対物レンズ２３の切り替えを指示すると、コントローラ１２および顕微鏡１１は倍率変更処理を行って、検鏡者により指定された対物レンズ２３への切り替えを行い、検鏡倍率を変更する。なお、検鏡倍率とは、顕微鏡１１によりサンプルを観察するときの光学系全体の倍率、つまり観察画像上において観察されるサンプルの表示の拡大倍率をいう。

以下、図２のフローチャートを参照して、倍率変更処理について説明する。

ステップＳ１１において、コントローラ１２は、顕微鏡１１から変更前後の対物レンズ２３の情報を取得する。

例えば、顕微鏡１１（又はコントローラ１２）は、レボルバ２２に、取り付けられている対物レンズ２３の倍率や開口数等の対物レンズ情報を保持しており、コントローラ１２から変更後の番地、つまりどの対物レンズ２３を観察光の光路（光軸Ｌ１）上に配置するかの情報を受ける。すると、レボルバ２２は、現時点において観察光の光路上に配置されている対物レンズ２３を変更前の対物レンズ２３とし、検鏡者により指定された番地に保持されている対物レンズ２３を変更後の対物レンズ２３とする。そして、顕微鏡１１は、それらの変更前後の対物レンズ２３の対物レンズ情報をコントローラ１２に供給する。

ステップＳ１２において、コントローラ１２は、レボルバ２２を回転させる。すなわち、レボルバ２２は、コントローラ１２の指示に従って、検鏡者に指示された変更後の対物レンズ２３が観察光の光路上に配置されるように、回転を開始する。

また、コントローラ１２は、レボルバ２２を回転させると同時に、レボルバ２２の回転が開始される直前にＣＣＤカメラ２７から供給された観察画像、すなわち現時点においてディスプレイ１３に表示されている観察画像を一時的に保持する。さらに、より詳細には、コントローラ１２は、保持した観察画像がそのままディスプレイ１３に表示され続けるように、表示の制御を行なう。

ステップＳ１３において、コントローラ１２は、一時的に保持している観察画像（以下、保持観察画像とも称する）と、レボルバ２２から取得した対物レンズ情報とを用いて、対物レンズ２３の切り替え前後の視野を補完する補完画像を生成する。

例えば、検鏡者により対物レンズ２３の倍率が１０倍から２０倍になるように、対物レンズ２３の倍率の切り替えが指示されたとする。この場合、対物レンズ２３の切り替え後には、検鏡倍率が保持観察画像の２倍となる観察画像がディスプレイ１３に表示されることになる。

コントローラ１２は、保持観察画像を電子ズーム処理により拡大し、１または複数の補完画像を生成する。例えば、対物レンズ２３の倍率が１０倍のときの検鏡倍率がＫ倍であるものとすると、検鏡倍率がＫ倍から２Ｋ倍の間の互いに異なる複数の倍率のそれぞれの画像が生成される。ここでは、例えば、検鏡倍率が１．３Ｋ倍となるように拡大された保持観察画像と、検鏡倍率が１．７Ｋ倍となるように拡大された保持観察画像とが補完画像として生成される。

ステップＳ１４において、コントローラ１２は生成した補完画像を検鏡倍率が低い順に、順番にディスプレイ１３に供給し、表示させる。

例えば、検鏡倍率が１．３Ｋ倍および１．７Ｋ倍の補完画像が生成されたとする。この場合、ディスプレイ１３に対物レンズ２３の切り替え直前の観察画像、つまり保持観察画像が表示された状態から、検鏡倍率が１．３Ｋ倍の補完画像が表示され、さらにその後、検鏡倍率が１．７Ｋ倍の補完画像が表示されることになる。

換言すれば、これまで表示されていた観察画像が、ディスプレイ１３の画面中央を中心として電子ズームにより連続的に拡大表示されていくことになる。このような電子ズームによる観察画像の拡大表示処理は、レボルバ２２の回転が開始されてから、回転が終了し、切り替え後の対物レンズ２３が観察光の光路上に配置されるまで行なわれる。

切り替え後の対物レンズ２３が観察光の光路上に配置され、対物レンズ２３の切り替えが完了すると、ＣＣＤカメラ２７により新たな検鏡倍率の観察画像が撮像され、コントローラ１２に供給されることになる。

ステップＳ１５において、コントローラ１２は、新たに撮像された観察画像をＣＣＤカメラ２７から取得してディスプレイ１３に供給し、ディスプレイ１３に観察画像を表示させる。

このとき、コントローラ１２は、ステップＳ１１の処理で取得された対物レンズ情報に基づいて、取得した観察画像に対してオートゲインコントロール処理を施す。

対物レンズ情報には開口数等の情報が含まれており、これらの情報から対物レンズ２３の切り替え前後の観察画像全体の明るさが分かる。そこで、コントローラ１２は、開口数等の情報に基づいて、対物レンズ２３の切り替え後の観察画像全体の明るさが、切り替え前の観察画像、つまり保持観察画像全体の明るさと同じ明るさとなるように、新たに取得された観察画像の明るさを調整する。これにより、常に同じ明るさの観察画像をディスプレイ１３に表示することができる。

オートゲインコントロール処理により明るさ調整された観察画像がディスプレイ１３に表示されると、倍率変更処理は終了する。

例えば、観察画像Ｐ１が表示されている状態で、対物レンズ２３の切り替えが指示され、上述した倍率変更処理が行われると、図３に示すように観察画像Ｐ１、補完画像Ｐ２、補完画像Ｐ３、および観察画像Ｐ４とディスプレイ１３の表示は切り替えられることになる。

すなわち、倍率が１０倍の対物レンズ２３が観察光の光路上にあるときに観察される、検鏡倍率Ｋ倍の観察画像Ｐ１がディスプレイ１３に表示されているときに、倍率が２０倍の対物レンズ２３への切り替えが指示されたとする。

そのような場合、観察画像Ｐ１が保持観察画像とされ、観察画像Ｐ１と変更（切り替え）前後の対物レンズ情報から、検鏡倍率が１．３Ｋ倍の補完画像Ｐ２が生成され、ディスプレイ１３の表示は観察画像Ｐ１から補完画像Ｐ２に切り替わる。

そして、同様の処理により検鏡倍率が１．７Ｋ倍の補完画像Ｐ３が生成され、ディスプレイ１３の表示は、補完画像Ｐ２から補完画像Ｐ３へと切り替わる。さらに、レボルバ２２の回転が終了し、検鏡者により指示された対物レンズ２３が観察光の光路上に配置されると、ディスプレイ１３の表示は補完画像Ｐ３から、新たに撮像された、検鏡倍率が２Ｋ倍の観察画像Ｐ４に切り替わる。このとき、観察画像Ｐ４が観察画像Ｐ１と同じ明るさとなるように、オートゲインコントロール処理が行われる。

順番に表示されるこれらの観察画像Ｐ１乃至観察画像Ｐ４上には、それぞれ検鏡者が注目する部位ＳＣが表示されており、倍率変更処理により、この部位ＳＣが連続的に拡大表示されていくことになる。

また、従来の顕微鏡においては、例えば観察画像Ｐ１が表示されている状態において、検鏡者が対物レンズの倍率を１０倍から２０倍に切り替えると、ディスプレイの表示は、観察画像Ｐ１から、サンプルが表示されない画像Ｐ５に切り替わる。

具体的には、サンプルの照明方法が反射照明の場合、画像Ｐ５は真っ白な明るい画像となる場合が多く、照明方法が透過照明の場合、画像Ｐ５は真っ黒な暗い画像となるが、何れの場合であっても画像Ｐ５には、サンプルは表示されない。

そして、画像Ｐ５が表示され、対物レンズの切り替えが終了すると、その後、対物レンズの切り替え後に取得された新たな観察画像Ｐ４が表示される。

このように、従来の顕微鏡では、観察画像Ｐ１と観察画像Ｐ４との表示の切り替えの間（対物レンズの切り替えの間）に、何も表示されない期間が生じるので、検鏡者は、どこに注目する部位が表示されていたかが分からなくなってしまう。しかも、対物レンズの切り替えが終了すると、検鏡倍率の大きく異なる観察画像が急に表示されるため、さらに注目する部位を見失ってしまう可能性が高い。そのため、検鏡者は何度も対物レンズを切り替えて、注目する部位を確認しなければならなかった。

これに対して、顕微鏡１１を用いたサンプルの観察では、検鏡者の注目する部位ＳＣがディスプレイ１３の画面から消えることなく、連続的に拡大表示されていき、新たに取得された観察画像Ｐ４に表示が切り替えられる。

したがって、検鏡者は、レボルバ２２により対物レンズ２３を切り替えて検鏡倍率を変更する場合であっても、注目する部位ＳＣを見失うことなく観察を続けることができる。また、従来の顕微鏡のように真っ白な画像Ｐ５が表示されることもないため、検鏡者が眩しくなるようなこともない。

なお、顕微鏡１１において、各対物レンズ２３が正確に芯出し調整されていると、注目する部位ＳＣの表示位置のずれがより少なくなるので、検鏡者が部位ＳＣをより把握しやすくなる。

また、以上においては、倍率変更処理において、対物レンズ２３の倍率がより大きくなるように切り替えが指示された場合を例に説明したが、対物レンズ２３の倍率がより小さくなるように切り替えが指示された場合にも、同様の処理が行われる。

そのような場合においても、変更前後の間の検鏡倍率の補完画像が生成され、検鏡倍率が大きい順に表示される。すなわち、ディスプレイ１３に表示されている観察画像が、画面中央を中心として電子ズーム処理により連続的に縮小表示されていき、その後、対物レンズ２３の切り替えが終了すると、新たに取得された観察画像が表示される。

なお、電子ズーム処理による縮小表示時においては、サンプル全体の領域のうち、保持観察画像に表示されている領域の情報しか得られないので、補完画像は、観察画像よりも小さい大きさの画像となる。

また、例えば補完画像を表示させるときに、補完画像上に予め定められた目印となるマーク（画像）を表示させるようにしてもよい。このマークの各補完画像上の位置は、検鏡倍率により定まる位置とされる。例えば、マークが特定部位を囲む枠である場合、複数の補完画像のそれぞれにおいて、特定部位を囲む位置がマークの位置とされる。

この場合、例えば電子ズーム処理によりサンプルの画像を拡大表示させていくと、目印のマークも拡大表示されていき、かつそのマークの表示位置も拡大に合わせて変化することになる。このような目印となるマークを補完画像に表示させることで、検鏡者は、そのマークを目で追うことにより、拡大表示中においても注目する部位を容易に把握することができる。

さらに、以上においては、レボルバ２２は電動で駆動すると説明したが、レボルバ２２は手動式のものであってもよい。レボルバ２２が手動式である場合、コントローラ１２は、レボルバ２２が回転された方向や、観察光の光路上に配置された対物レンズ２３の番地などから、切り替え前後の対物レンズ２３を特定することができる。

また、以上において説明した倍率変更処理は、顕微鏡１１やコントローラ１２を制御するコンピュータが、所定の記録媒体から読み出したプログラムを実行することで行なわれてもよい。

なお、本発明の実施の形態は、上述した実施の形態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において種々の変更が可能である。

１１ 顕微鏡， １２ コントローラ， １３ ディスプレイ， ２２ レボルバ， ２３−１乃至２３−３，２３ 対物レンズ， ２７ ＣＣＤカメラ

Claims (6)

1. 互いに倍率の異なる複数の対物レンズと、
   前記複数の対物レンズを保持し、それらの前記対物レンズの何れかを観察対象からの観察光の光路上に配置するレボルバと、
   前記対物レンズを介して前記観察対象から入射した前記観察光を受光して、前記観察対象の観察画像を撮像する撮像手段と、
   前記観察光の光路上に配置する前記対物レンズの切り替えが指示された場合、切り替え前後の前記対物レンズに関する対物レンズ情報を用いて、前記対物レンズの切り替え前に撮像された前記観察画像に対する画像処理を行い、補完画像を生成する生成手段と、
   前記対物レンズの切り替えが指示された場合、前記対物レンズの切り替え前に撮像された前記観察画像が表示された状態から、前記補完画像が表示され、さらに前記対物レンズの切り替え後に撮像された前記観察画像が表示されるように、ディスプレイへの画像の表示を制御し、かつ前記補完画像上における検鏡者により指定された注目部位の位置にマークを表示させる表示制御手段と
   を備えることを特徴とする顕微鏡装置。
2. 前記マークは、前記補完画像が拡大表示されるとともに拡大表示される
   ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡装置。
3. 前記生成手段は、前記補完画像上で観察される前記観察対象の検鏡倍率が、前記対物レンズの切り替え前後の検鏡倍率の間の倍率となるように、前記観察画像を拡大または縮小することにより前記補完画像を生成する
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の顕微鏡装置。
4. 前記表示制御手段は、前記検鏡倍率の異なる複数の前記補完画像を、前記検鏡倍率が小さい順または大きい順に連続して前記ディスプレイに表示させる
   ことを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡装置。
5. 前記生成手段は、前記対物レンズの切り替え前後の前記観察画像の明るさが同じとなるように、前記対物レンズ情報を用いて、前記対物レンズの切り替え後に撮像された前記観察画像の明るさを調整する
   ことを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れかに記載の顕微鏡装置。
6. レボルバに設置され、観察光の光路上に配置する対物レンズの切り替えが指示された場合、切り替え前後の前記対物レンズに関する対物レンズ情報を用いて、前記対物レンズの切り替え前に撮像された観察画像に対する画像処理を行い、補完画像を生成し、
   前記対物レンズの切り替えが指示された場合、前記対物レンズの切り替え前に撮像された前記観察画像が表示された状態から、前記補完画像が表示され、さらに前記対物レンズの切り替え後に撮像された前記観察画像が表示されるように、ディスプレイへの画像の表示を制御し、かつ前記補完画像上における検鏡者により指定された注目部位の位置にマークを表示させる
   ステップを含む処理をコンピュータに実行させるプログラムが記録されている記録媒体。

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