JPH0829694A - 画像処理装置付き顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】顕微鏡像と画像処理像を同時に同一視野で観察
することが可能な画像処理装置を備えた顕微鏡を提供す
ること。 【構成】対物レンズおよび接眼レンズを少なくとも有す
る観察光学系を備えた顕微鏡であって、画像処理装置を
備えた構成にする。そして、標本の、対物レンズを含む
光学系による顕微鏡像と、前記画像処理装置から出力さ
れた画像情報の像とを、同一の結像面で結像させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、画像処理装置を備えた
顕微鏡に関し、特に、顕微鏡が備える光学系による観察
像と、標本に対する画像処理によって得られた像とを、
同時に、同一視野で観察することが可能な顕微鏡装置に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の顕微鏡装置においては、例えば、
ステージに載置した観察対象である標本の像を、対物レ
ンズを含む光学系によって、所定の結像位置に結像さ
せ、観察者は、前記結像位置に結像された標本の像を接
眼レンズによって観察するものであった。

【０００３】そして、例えば、観察対象が人間の染色体
であり、１つの細胞を１つの標本とした場合、標本数、
すなわち、観察すべき染色体を含む細胞の数が、複数存
在する場合、観察者の便宜に供するため、現在観察して
いる標本を区別するための標本番号や、染色体を区別す
るための染色体番号を、標本の観察像の近傍に、液晶デ
バイス等で表示する顕微鏡装置が提案されていた。

【０００４】図５は、このような顕微鏡における、接眼
レンズを介しての観察状態を示した図の一例である。

【０００５】５１は、染色体の像であり、５２は、標本
番号を表示する標本番号表示部、５３は、染色体番号を
表示する染色体番号表示部である。染色体の像５１を囲
む円形状の部分は、顕微鏡の光学系による、観察標本の
観察が可能な視野を示している。

【０００６】また、標本番号表示部５２、染色体番号表
示部５３は、前記円形状の周辺部の適当な位置に設けら
れた液晶表示デバイス等によって実現される。もちろ
ん、標本番号、染色体番号のデータのみならず、有用な
各種の情報が表示される顕微鏡も提案されている。

【０００７】観察者は、接眼レンズを介して、図５に示
すような、像情報とデータ情報とを同時に把握すること
が可能である。なお、このようなデータ表示部を備えた
光学機器においては、光学機器の光学系による観察視野
（例えば、図５の円形で囲まれた部分）を妨げないよう
に、観察視野の周辺部にデータ表示を行うように、表示
手段を配置している。

【０００８】また、対物レンズを含む光学系による、標
本の結像位置に、可視光領域で透過性を有する液晶表示
デバイスを配置し、観察視野を含む領域に、必要なデー
タを表示する装置も一般に知られている。この装置の構
成について、図６を参照して若干説明しておく。

【０００９】ステージ６１に載置された標本６２の像
は、対物レンズを含む筐体６３と、ビームスプリッタ７
０と、結像レンズ６４からなる光学系によって、結像位
置６５に結像される。

【００１０】したがって、観察者は、接眼レンズ６７を
介して、結像位置６５に結像された標本６２の像を観察
しうる。

【００１１】一方、対物レンズを含む筐体６３と、ビー
ムスプリッタ７０と、結像レンズ７１からなる光学系に
よって、標本６２の画像情報は、２次元イメージセンサ
７２に入力される。２次元イメージセンサ７２は、例え
ば、複数の電極を備えるＣＣＤイメージセンサにより実
現される。２次元イメージセンサ用駆動回路７３は、Ｃ
ＣＤイメージセンサ７２の電極に順次、電圧を印加し、
標本６２の画像情報を処理回路７４に入力する。

【００１２】処理回路７４は、所定の画像処理、例え
ば、以下のような画像処理を行う。本回路内には、各種
サンプルの輪郭形状データと、これに予め対応づけた標
本番号、染色体番号とを記憶するデータベースが存在す
るものとする。

【００１３】そして、標本を与えたとき、標本の画像情
報から標本の輪郭形状を抽出し、該輪郭形状と、合致す
るデータベース内のサンプルの輪郭形状データの存在を
調べ、そのような輪郭形状データが存在する場合には、
該輪郭形状データに対応する標本番号、染色体番号を決
定する処理を行う。そして、決定された標本番号、染色
体番号の情報は、液晶表示デバイス６６に送られ、液晶
表示デバイス６６は、標本番号、染色体番号を表示す
る。

【００１４】また、より高度な観察を必要とする観察装
置においては、高い機能を有した装置が要求されるが、
以下にその概要の一例を示す。

【００１５】例えば、標本を染色体とした場合、染色体
を観察して各種の分析を行うためには、染色体の形状、
１細胞内に存在する染色体の数、染色試料により染色さ
れる染色体の染色の程度等の情報を正確に把握すること
が極めて重要である。

【００１６】従来、このような、染色体の観察・分析を
行う際には、パターン認識方法を使用した画像処理を行
う画像処理装置が用いられてきた。例えば、与えられた
標本が染色体の場合、染色試料により染色された染色部
のみを染色体から抽出し、染色部を表示するための処理
を行い、この結果を、図６に示すＣＲＴディスプレイ１
００に表示する装置も提案されていた。この場合、上述
のような画像処理を行い、ＣＲＴディスプレイ１００に
画像処理結果を表示する処理は、処理回路７４が行って
いた。

【００１７】そして、ＣＲＴの表示画像を観察し、標本
である染色体の標準的な染色の程度と、実際の染色程度
を比較し、染色体は正常であるか否か等の分析を行って
きた。

【００１８】したがって、観察者は、ＣＲＴディスプレ
イ上で画像処理の結果を確認し、表示画面を見ただけで
は、正確に分析できない染色体が存在する場合等には、
再度、接眼レンズを介して、標本を観察しなければなら
なかった。すなわち、観察者がＣＲＴの表示画面を見て
分析せずに、再度、顕微鏡を用いるのは、標本の分解
能、色再現性等において、ＣＲＴの能力は、顕微鏡に対
して劣るからである。

【００１９】このような装置では、観察者は、ＣＲＴデ
ィスプレイの表示画面による分析作業と顕微鏡による観
察作業を行っていた。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の各種
の従来技術において、まず、各種のデータ表示部が表示
するデータが、観察視野の周囲に存在する装置では、限
られたスペース内に、複雑な図形を表示すること等が困
難であり、また、標本の像の存在位置と、データが表示
される位置が離れているために、観察対象が多数存在す
る場合には、観察像と、表示データとの対応関係をとる
ための作業が必要であった。例えば、観察対象たる染色
体が１つのみ存在する場合は良いが、複数個の染色体が
存在する場合には、画像処理により決定された標本番
号、染色体番号の情報が、いずれの染色体の情報である
のかは、観察者が、肉眼で詳細に確認する作業を必要と
した。

【００２１】また、より高度な観察を必要とする観察装
置においては、観察者は、ＣＲＴディスプレイの表示画
面による分析作業を行い、続いて、顕微鏡によって、標
本を観察するという２つの作業を行うことが極めて多
く、分析作業の著しい低下を招いていた。

【００２２】上述のような操作の非容易性により、従来
の装置では、観察に使用する際の使用目的に大きな制約
を受けていた。

【００２３】また、図６を参照して説明した顕微鏡のよ
うに、対物レンズを含む光学系による、標本の結像位置
に、液晶表示デバイスを配置し、観察視野を含む領域に
もデータ表示する装置においては、表示領域が広くなる
ために、各種のデータ表示が可能である。しかしなが
ら、液晶表示デバイスをオフ状態にしても、液晶表示デ
バイスが備える配線等が観察されてしまったり、液晶自
体の可視光領域における低透過率や、配線パターンの存
在等のために、本来の観察像を著しく劣化させるという
問題点もある。

【００２４】そこで、本発明の目的は、前記問題点に鑑
み、分析作業効率を高めるために、十分な情報を、接眼
レンズからの観察視野内に表示する画像処理装置を備え
る顕微鏡を提供することにある。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、以下の手段が考えられる。

【００２６】すなわち、対物レンズと接眼レンズとを有
し、標本を観察する観察光学系、および、標本の画像情
報を認識する画像入力手段と、該画像入力手段により認
識された画像情報に対して所定の画像処理を行う画像処
理手段と、該画像処理手段により画像処理された画像情
報を出力する画像出力手段とを有する画像処理光学系か
らなる顕微鏡である。

【００２７】そして、観察光学系の結像位置と画像処理
光学系の画像出力手段の結像位置とが一致する構成とす
る顕微鏡である。

【００２８】また、以下のような態様も考えられる。

【００２９】すなわち、対物レンズと接眼レンズとを有
し、標本を観察する観察光学系、および、標本の画像情
報を認識する画像入力手段と、該画像入力手段により認
識された画像情報に対して所定の画像処理を行う画像処
理手段と、該画像処理手段により画像処理された画像情
報を出力する画像出力手段とを有する画像処理光学系か
らなる顕微鏡であって、観察光学系の結像位置と画像処
理光学系の画像出力手段の結像位置とが一致させ、さら
に、観察光学系により観察される標本の観察像と画像処
理光学系により画像処理される標本の画像とが重なる構
成とした顕微鏡である。

【００３０】

【作用】ステージに載置された標本の像は、対物レンズ
を含む光学系により、所定の結像位置に結像される。観
察者は、接眼レンズを介して、結像位置に結像した標本
の像を観察することができる。

【００３１】一方、画像入力手段により、標本の画像情
報が入力される。画像処理手段は、入力された画像情報
に対して、所定の画像処理を行う。そして、画像処理さ
れた画像情報は、画像出力手段により出力される。

【００３２】本発明は第１に、観察像と画像処理された
画像とを、それぞれの光学系により同一平面上に結像さ
せることを特徴とし、操作性、観察効率ともに優れた顕
微鏡を提供するものである。画像処理された画像として
は様々なものが考えられ、例えば観察像を補正、加工し
た像や標本番号等のデータの類であるが、これらを適宜
選択して、あるいは同時に複数のデータを、観察視野内
の任意に位置に表示することが可能である。なお、観察
像を結像させる光学系と画像を結像させる光学系とは、
一部兼用（例えば、結像レンズを用いる）されていても
良い。

【００３３】また、本発明は第２に、観察像と画像処理
された画像とを、それぞれの光学系により同一平面上に
重ねて結像させることを特徴とする。これにより、観察
による情報と画像処理による情報を併せ持った像が形成
されるので、観察効率が向上する。

【００３４】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００３５】図１に、本発明にかかる画像処理装置付き
顕微鏡の一実施例の構成図を示す。

【００３６】１７は、観察対象である観察標本を載置す
るためのステージであり、例えば、金属やプラスチック
の部材を所望の形状に加工して製造される。

【００３７】１は、ステージ１７に載置された、観察対
象である観察標本である。観察標本としては、例えば、
人間の染色体等が考えられるが、特に、観察対象に制約
はない。ステージ１７に載置できる物であれば、いかな
る物でもよい。

【００３８】２は、その中に対物レンズを備える筐体で
あり、３および４は、ビームスプリッタ、５は、結像レ
ンズ、７は接眼レンズである。これらの光学部材は、通
常市販されている光学デバイスにて実現できる。

【００３９】８は、結像レンズ、９は、２次元イメージ
センサ、１０は、２次元イメージセンサ駆動回路、１６
は、処理回路、２００は、入力手段である。

【００４０】２次元イメージセンサ９は、例えば、ＣＣ
Ｄセンサ、ＣＭＯＳセンサ、フォトダイオードアレイ等
によって実現される。

【００４１】処理回路１６は、入力手段２００から与え
られる信号に基づいて、後に述べる各種の処理を行う手
段であり、例えばコンピュータ等が用いられる。

【００４２】入力手段２００は、処理回路１６に所定の
信号を与える手段であり、例えば、マウス、キーボード
等により実現される。

【００４３】さらに、１１は、投影レンズ、１２は、表
示手段の一例たる液晶表示デバイス、１３は、液晶用駆
動回路である。なお、液晶表示デバイス１２用のバック
ライトを生成する手段は、特に、図示していない。

【００４４】なお、液晶表示デバイス１２は、表示手段
の一例であり、ＥＬ等の他の表示デバイスを用いてもよ
いことは言うまでもない。

【００４５】さて、以上の構成において、本発明の動作
について説明する。

【００４６】ステージ１７に載置された、観察標本１の
像は、対物レンズ、ビームスプリッタ３、４、結像レン
ズ５によって、観察標本１の像が結像する位置である結
像位置６に結像される。

【００４７】結像位置６に結像された、観察標本１の像
は、接眼レンズ７を介して観察される。

【００４８】今、観察標本１の一例として、人間の染色
体を想定する。このときに、結像位置６に結像された、
観察標本１の像の一例を図３に示す。３１は、ステージ
１７に載置された観察標本１である染色体の像である。
すなわち、観察者は、対物レンズ、ビームスプリッタ
３、４、結像レンズ５からなる光学系による標本像（３
１である）を観察することができる。

【００４９】一方、観察標本１の画像情報は、対物レン
ズ、ビームスプリッタ３、結像レンズ８からなる光学系
によって、２次元イメージセンサ９に入力される。

【００５０】そして、２次元イメージセンサ駆動回路１
０は、取り込んだ画像情報を処理回路１６に与える。

【００５１】処理回路１６は、後に説明する所定の画像
処理を行い、処理画像を液晶表示デバイス１２に表示す
べく、液晶用駆動回路１３を制御する信号を与える。制
御信号が与えられた液晶用駆動回路１３は、前記処理画
像を、液晶表示デバイス１２に表示すべく、液晶表示デ
バイス１２が備える配線に、電圧を印加して、液晶画像
を生成する。生成された液晶画像の像は、投影レンズ１
１、ビームスプリッタ４、結像レンズ５からなる光学系
によって、結像位置６に結像される。この液晶画像の像
の一例を、図４に示す。

【００５２】図４は、所定の画像処理され液晶表示デバ
イス１２に表示された液晶画像を接眼レンズ７を介して
観察したときの様子を示したものである。４０は、標本
番号表示部、４１は、染色体番号表示部である。４０、
４１の表示内容は、液晶表示デバイス１２によって生成
される。なお、標本番号や、染色体番号は、入力手段２
００を介して直接入力した番号を、処理回路１６が、液
晶表示デバイス１２に表示する構成にしても良い。

【００５３】また、画像処理によって、標本番号や、染
色体番号を求める方法については、後に説明する。

【００５４】４２は、観察標本１である染色体に対して
画像処理を行った画像の、結像位置６における像であ
る。

【００５５】さて、図３に示す、対物レンズ、ビームス
プリッタ３、４、結像レンズ５による観察標本１の像
と、図４に示す、画像処理による像は、同一結像面上６
で、結像されるように各構成要素が配置されている。

【００５６】なお、観察標本１の像と、図４に示す、画
像処理による像とを、結像面上で一致するように重ねあ
わせるには、例えば、図示していない、以下手段で実現
できる。

【００５７】つまり、図１に示す、投射レンズ１１を含
むズーム機構を有する光学系を設け、該光学系自体を、
２次元方向に移動可能な微動機構を設けておけば良い。
ズーム機構は、通常のカメラ等で使用されている手段を
採用し、像が所定の倍率となるように、投射レンズ１１
を含む光学系を操作可能な構成にしておけば、像は、所
定の倍率となる。そして、ステッピングモータ等の駆動
手段によって、前記光学系を２次元平面上で移動可能な
微動機構を設けた構成とする。したがって、駆動手段を
駆動することにより、像の位置は移動するため、観察標
本１の像と、図４に示す、画像処理による像とを重ね合
わすことができる。

【００５８】したがって、接眼レンズ７を介して観察者
が観察した状態は、図２に示すようになる。標本番号表
示部２０、染色体番号表示部２１は、それぞれ、図４の
４０、４１に対応する。また、図３の３１と図４の４２
が重ねあうように結像される結果、図２の２２に示す像
が観察される。３１は、標本そのものの像であり、４２
は、画像処理された画像情報の像であり、両像が、重ね
合わされた状態で観察可能である様子が、図を参照して
分かる。

【００５９】さて、以下、処理回路１６が行う画像処理
について説明する。

【００６０】なお、以下の処理は、ＲＯＭに予め内蔵さ
れているプログラムにしたがって、ＣＰＵが実行する。

【００６１】今、入力手段２００としては、複数のファ
ンクションキーを有するキーボードを想定する。第１の
ファンクションキーが押されたとき、処理回路１６は、
画像処理の動作を行うモードとなる。

【００６２】そして、処理手段１６は、標本の画像情報
を使用した画像処理として、複数種類の画像処理を行う
機能を有しているものとする。そして、各画像処理に対
応するファンクションキーが予め定められているものと
する。すなわち、特定のファンクションキーを押した場
合、当該ファンクションキーに対応する画像処理が行わ
れることになる。

【００６３】画像処理の例としては、以下に示すものが
考えられるが、これらに限られないことは言うまでもな
い。

【００６４】まず、第１に、標本番号、染色体番号を検
索する処理が挙げられる。

【００６５】この場合、予め、各種のサンプルに対する
データベースを用意しておく。例えば、染色体の形状
と、該染色体の標本番号および染色体番号とを予め定め
て記憶しておく。かかる記憶手段として、例えば、ディ
スク装置等を処理回路１６に内蔵しておけば良い。な
お、必要なデータの記憶手段への入力は、入力手段２０
０を介して行っておけば良い。

【００６６】そして、観察試料を与えたとき、２次元イ
メージセンサ９によって得られる観察試料の画像の形状
と、予め記憶されている染色体の形状と一致するものを
求める処理をパターンマッチングによる画像処理によっ
て行う。そして、形状が一致する染色体が存在する場
合、当該染色体に対して予め定められている、標本番
号、染色体番号を求め、この情報を、液晶表示デバイス
１２に表示する。このような画像処理によって、図４の
４０、４１に、標本番号、染色体番号を表示することが
できる。

【００６７】このような処理は、１標本に複数の観察対
象が存在する場合において、標本の観察を複数回行う場
合等に有効である（例えば、複数の染色体を含む細胞を
複数観察する作業を繰り返す場合等が挙げられる）。す
なわち、観察者は、接眼レンズから目を離さない状態
で、標本番号、染色体番号を把握することが可能である
からである。

【００６８】次に、第２に、染色体の染色試料による染
色状態を明確にするための画像処理が考えられる。

【００６９】例えば、染色体の分析を行う際、ギムザ試
料等の染色試料で染色体を染色し、得られた染色状態か
ら、染色体が正常であるか否かを判断する場合が多い。

【００７０】しかし、染色体の染色試料による染色状態
が明確で把握できないものであったり、染色体以外の部
分も染色されてしまっている場合には、目視による染色
状況の分析作業が観察が困難な場合がある。このような
染色状況の画像処理は、人間が行うよりも装置が行う方
が正確だからである。

【００７１】そこで、染色試料により染色された染色体
の染色部のみを、染色体から抽出し、染色部を表示する
画像処理を行う。そして、染色が行われている染色部を
明確にするために、液晶表示デバイス１２に、染色部を
強調して表示させるようにしておけば良い。すなわち、
２次元イメージセンサ９から得られた画像情報に基づい
て、染色体の染色部分に対応する表示信号を増幅し、液
晶表示デバイスに表示することを行う。

【００７２】このような処理が行われることによって、
図４の４２に示すような画像処理による像が得られる。

【００７３】かかる画像処理は、染色体の染色試料によ
る染色が薄い場合に効果的である。

【００７４】その他、特定の形状を有する染色体の数
を、パーターンマッチング等の画像処理よって求め、そ
の数を、液晶表示デバイスに表示することも考えられ
る。

【００７５】また、染色体の長さ、面積等の情報を画像
処理により求め、求めたデータを表示し、標本像の近傍
に重ねて結像させることも考えられる。さらに、特定の
色を有する染色体のみを選択して、選択した染色体を区
別するマークを付す画像処理を行い、標本像を重ねるこ
とも考えられる。

【００７６】このように、本発明によれば、標本像の、
対物レンズを含む光学系による結像位置と同一平面上
に、画像処理像を結像させることにより、顕微鏡像と画
像処理像が同時に観察でき、操作性や観察効率に極めて
優れた装置が提供できる。

【００７７】さらに、対物レンズの像面上にデータ表示
デバイスが存在しないため、データ表示デバイスが、本
来の顕微鏡像をさえぎることがないので、観察像は、光
学顕微鏡と同質となり、染色体の微細な構造も良好に観
察できる。したがって、観察者は、顕微鏡像を正確に観
察することもでき、標本の分析、分類作業における誤っ
た判断等を著しく低減することが可能である。

【００７８】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、標本像
の、対物レンズを含む光学系による結像位置と同一平面
上に、画像処理像を結像させることにより、顕微鏡像と
画像処理像が同時に観察でき、操作性や観察効率に極め
て優れた装置が提供できることになる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる顕微鏡装置の構成図である。

【図２】画像処理像と標本観察像とが重なった状態の像
を示す説明図である。

【図３】対物レンズを含む光学系による標本像の説明図
である。

【図４】液晶表示デバイスの光学系による像の説明図で
ある。

【図５】従来技術の説明図である。

【図６】従来の装置の構成図である。

【符号の説明】

１…観察標本、２…対物レンズ、３…ビームスプリッ
タ、４…ビームスプリッタ、５…結像レンズ、６…結像
位置、７…接眼レンズ、８…結像レンズ、９…２次元イ
メージセンサ、１０…２次元イメージセンサ用駆動回
路、１１…投影レンズ、１２…液晶表示デバイス、１３
…液晶用駆動回路、１６…処理回路、１７…ステージ、
２０…標本番号表示部、２１…染色体番号表示部、２２
…合成された染色体像、３１…染色体像、４０…標本番
号表示部、４１…染色体番号表示部、５１…染色体像、
５２…標本番号表示部、５３…染色体番号表示部、６１
…試料ステージ、６２…観察標本、６３…対物レンズ、
６４…結像レンズ、６５…結像位置、６６…液晶表示デ
バイス、６７…接眼レンズ、１００…ＣＲＴディスプレ
イ、２００…入力手段

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対物レンズと接眼レンズとを有し、標本を
   観察する観察光学系、および、 標本の画像情報を認識する画像入力手段と、該画像入力
   手段により認識された画像情報に対して所定の画像処理
   を行う画像処理手段と、該画像処理手段により画像処理
   された画像情報を出力する画像出力手段とを有する画像
   処理光学系からなる顕微鏡であって、 観察光学系の結像位置と画像処理光学系の画像出力手段
   の結像位置とが一致することを特徴とする顕微鏡。
2. 【請求項２】対物レンズと接眼レンズとを有し、標本を
   観察する観察光学系、および、 標本の画像情報を認識する画像入力手段と、該画像入力
   手段により認識された画像情報に対して所定の画像処理
   を行う画像処理手段と、該画像処理手段により画像処理
   された画像情報を出力する画像出力手段とを有する画像
   処理光学系からなる顕微鏡であって、 観察光学系の結像位置と画像処理光学系の画像出力手段
   の結像位置とが一致し、かつ観察光学系により観察され
   る標本の観察像と画像処理光学系により画像処理される
   標本の画像とが重なることを特徴とする顕微鏡。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の顕微鏡におい
   て、 前記標本が複数の染色体を含むものであり、前記画像処
   理光学系による画像処理が標本番号および染色体番号を
   検索する処理であることを特徴とする顕微鏡。
4. 【請求項４】請求項１または２に記載の顕微鏡におい
   て、 前記標本が複数の染色体を含むものであり、前記画像処
   理光学系による画像処理が染色体の染色状態を補正する
   処理であることを特徴とする顕微鏡。