JP2011145468A - 顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】観察視野を変えることなく観察している試料画像を任意の角度に回転させることが可能な回転機構を備えた顕微鏡を提供する。
【解決手段】試料１０５を保持する試料保持部１０４と、対物レンズおよび結像レンズを介して前記試料の像を結ぶ結像光学系１０６と、前記結像光学系の光軸に直行するＸＹ平面内で前記試料保持部を任意のＸＹ方向に移動させるＸＹステージ部１０３と、前記結像光学系により結像された試料画像を撮像する撮像装置１０８と、前記撮像装置により撮像された前記試料画像を表示する表示部１０９と、前記ＸＹ平面に対し垂直な軸を中心にして前記試料保持部を回転させる回転部１０７と、前記表示部に表示される前記試料画像が画面内で回転するように、前記ＸＹステージ部および前記回転部を制御する制御部１０２とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、試料を観察するための撮影装置付き顕微鏡に関し、特に、撮影した試料画像を任意の角度に回転させて観察することが可能な回転機構を備えた顕微鏡に関する。

従来、微細な試料を拡大観察し、写真やビデオに撮影および記録できる顕微鏡は、工業分野をはじめ生物分野の研究や検査工程などで幅広く利用されている。このような分野の中では顕微鏡をより簡単に使用したいという要求が高まっており、それに応じた制御ソフトウェアが多く開発されている。

例えば、ミクロ観察時のフレーミング操作を簡易化するため、マクロ画像上にミクロ観察用のフレーミング枠を表示し、枠の大きさをミクロ観察時の画面サイズに見立てて枠の大きさを指定することでミクロ観察用倍率を指定したり、枠の中心位置をミクロ観察時の画面中心に見立てて枠の位置を指定することでミクロ観察用のステージ位置を指定したりする技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

さらに、方向性を持つ試料を撮影対象とする場合には、複数の試料の撮影結果同士を目視で比較するため、試料画像を回転させて表示させたいという要望がある。これに対し、一般にはカメラまたは試料（または試料を保持するホルダ）を撮影光軸に対する垂直平面上で回転可能とするようなハードウェアの機構が従来から提供されている。

特開平５−４０２３０号公報

しかしながら、上述のような技術に関して、画像を回転させた際に、以下のような問題が発生する場合があった。
すなわち、撮影した試料画像の回転を行なう場合、試料を保持するホルダ等を回転させる方法を用いていたが、そのホルダに保持された試料の回転軸と観察視野の中心が一致しないため、試料の回転動作により試料画像が観察視野から外れてしまい、同じ観察視野内で試料画像を回転させることが困難である、という問題点があった。

本発明は、上述のような実状に鑑みたものであり、観察視野を変えることなく観察している試料画像を任意の角度に回転させることが可能な回転機構を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。

本発明は、上記課題を解決するため、下記のような構成を採用した。
すなわち、本発明の一態様によれば、本発明の顕微鏡は、試料を保持する試料保持部と、対物レンズおよび結像レンズを介して前記試料の像を結ぶ結像光学系と、前記結像光学系の光軸に直行するＸＹ平面内で前記試料保持部を任意のＸＹ方向に移動させるＸＹステージ部と、前記結像光学系により結像された試料画像を撮像する撮像装置と、前記撮像装置により撮像された前記試料画像を表示する表示部と、前記ＸＹ平面に対し垂直な軸を中心にして前記試料保持部を回転させる回転部と、前記表示部に表示される前記試料画像が画面内で回転するように、前記ＸＹステージ部および前記回転部を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

また、本発明の顕微鏡は、前記画面内で前記試料画像が回転するための回転角度を入力する回転角度入力手段をさらに備え、前記制御手段が、前記回転角度入力手段によって入力された回転角度および前記表示部の中央に対応する前記ＸＹステージ部の現在位置（ステージ座標軸）と前記回転部の中心に対応する回転中心位置（ステージ座標軸）との相対的位置関係に基づいて、前記ＸＹステージ部によって移動させる前記試料保持部の移動量を算出し、算出された前記移動量に従って前記ＸＹステージ部を移動させることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、前記回転角度入力手段が、オペレータが指示する角度データを回転角度として入力することが望ましい。
また、本発明の顕微鏡は、前記回転部が前記試料保持部を回転させる回転角度を検出する回転角度検出手段をさらに備え、前記回転角度入力手段が、前記回転角度検出手段によって検出された回転角度を入力とすることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、前記表示部に表示されている表示画像の回転角度を算出する表示画像回転角度算出手段をさらに備え、前記回転角度入力手段が、前記表示画像回転角度算出手段によって算出された回転角度を入力とすることが望ましい。

また、本発明の顕微鏡は、前記表示画像回転角度算出手段が、コンピュータマウスのドラッグ操作に応じて前記表示部の中央を中心とした回転角度を算出することが望ましい。
また、本発明の顕微鏡は、前記表示画像回転角度算出手段が、前記表示画面の中央を起点として表示された線状マークのコンピュータマウスによるドラッグ操作に応じて、前記起点を中心とした前記線状マークの回転角度を算出することが望ましい。

本発明は、試料の回転中心と観察視野の中心との不一致が起こる構造の場合であっても、使い勝手を損なうことのない画像回転機能を備えた撮影機能付き顕微鏡を提供することができる、という効果を奏する。

本発明を適用した顕微鏡の概略を示す図である。 第１の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。 制御部１０２において実行される回転制御処理プログラムの流れを示すフローチャートである。 表示部１０９に表示されるＧＵＩの例を示す図である。 補正の例を説明するための図である。 第２の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。 ライブ画像上のドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。 指標となる線状マークを用いてドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
（第１の実施の形態）
図１は、本発明を適用した顕微鏡の概略を示す図である。

図１において、顕微鏡１００は、ＸＹステージ部１０３、ホルダ部１０４、結像光学系１０６、回転部１０７およびカメラ部１０８を備え、試料１０５を撮像することが可能である。

結像光学系１０６は、観察対象である試料１０５に対して光を照射し、試料１０５からの光を対物レンズおよび結像レンズを介して受光し、前記試料１０５の像を結ぶ。カメラ部１０８は、例えばＣＣＤカメラ等であり、前記結像光学系１０６により結像された試料画像を撮像する。

ホルダ部１０４は、試料１０５を保持し、ＸＹステージ部１０３は、前記結像光学系１０６の光軸に直行するＸＹ平面内で前記ホルダ部１０４を任意のＸ方向またはＹ方向に移動させる。

回転部１０７は、前記結像光学系１０６の光軸に直行するＸＹ平面に対し垂直な軸を中心にして、前記ホルダ部１０４を回転させる。
図２は、第１の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。

図２において、顕微鏡１００は、図１を用いて説明した各構成に加え、入力部１０１、制御部１０２および表示部１０９を備える。
入力部１０１は、顕微鏡１００に対する様々なデータ、情報または指示を入力する。制御部１０２は、入力部１０１と接続され、入力部１０１によって入力された情報または指示に基づいて、顕微鏡１００の各部および全体を統括的に制御する。

表示部１０９は、例えば液晶表示装置であり、前記カメラ部１０８により撮像された前記試料画像を表示する。また、制御部１０２は、前記表示部１０９に表示されている前記試料画像が画面内で回転するように指示された場合、後述する回転制御処理プログラムを実行することにより、前記ＸＹステージ部１０３および前記回転部１０７を制御する。

このような場合の指示は、前記入力部１０１を用いる。例えば、前記入力部１０１は、前記表示部１０９の画面内で前記試料画像が回転するための回転角度を入力することが可能である。入力部１０１によって前記表示部１０９の画面内で前記試料画像が回転するための回転角度が入力されると、制御部１０２は、前記表示部１０９の中央である表示座標軸の中心と前記ＸＹステージ部１０３の中央であるステージ座標軸の中心との相対的位置関係、および入力された回転角度とに基づいて、前記ＸＹステージ部１０３によって移動させるホルダ部１０４の移動量を算出する。そして、制御部１０２は、算出された前記移動量に従って前記ＸＹステージ部１０３を移動させる。

図３は、制御部１０２において実行される回転制御処理プログラムの流れを示すフローチャートである。
まず、ステップＳ３０１において、例えば、表示部１０９に表示されたエディットボックスに対して、オペレータが角度データを指示または入力することにより、回転角度を入力する。

次に、ステップＳ３０２において、前記表示部１０９の中央である表示座標軸の中心と前記ＸＹステージ部１０３の中央であるステージ座標軸の中心との相対的位置関係、および入力された回転角度とに基づいて、前記ＸＹステージ部１０３によって移動させるホルダ部１０４の移動量を算出する。具体的には、前記ステージ座標軸の中心点を中心にして回転した場合に、その回転角度を用いて回転前の表示座標軸の中心点から回転後の表示座標軸の中心点を算出する。

そして、ステップＳ３０３において、算出された前記移動量に従って前記ＸＹステージ部１０３を移動させる。具体的には、回転前の表示座標軸の中心点を、算出した回転後の表示座標軸の中心点となるように前記ＸＹステージ部１０３を移動させる。

図４は、表示部１０９に表示されるＧＵＩの例を示す図である。
図４において、表示部１０９は、ライブ表示部２０１、ＸＹ移動指示部２０２、回転指示部２０３、及び撮像指示部２０４で構成されている。

ライブ表示部２０１は、試料１０５のライブ画像を表示する。ＸＹ移動指示部２０２は、試料１０９をライブ表示部２０１に対して上下左右方向へ移動させるための指示を入力する。回転指示部２０３は、ライブ表示部２０１の中央を中心にして試料画像を回転させるための指示を、オペレータの操作により入力する。図４に示した例では、５度回転させる。撮像指示部２０４は、カメラ部１０８による撮像を指示する。

いま、図４に示したような試料１０５のライブ画像が画像表示部２０１に表示されているとする。このとき、ＸＹステージ部１０３の移動によって回転部１０７の回転中心とカメラ部１０８の視野中心の位置関係が変わる。そのため、回転後も回転前と同じ観察ポイントを表示部１０９へ表示するには、前記位置関係に基づいてＸＹステージ部１０３の位置を補正しなければならない。この補正は、例えば以下のように行う。

図５は、補正の例を説明するための図である。
図５に示したように、回転角をθ、回転前に観察視野の中央に表示されていた試料１０５の移動前位置ＰａのＸ座標をＸａ、移動前位置ＰａのＹ座標をＹａ、回転部１０７の回転中心ＰｃのＸ座標をＸｃ、回転中心ＰｃのＹ座標をＹｃとする。すると、移動前位置Ｐａが回転によって移動した移動後位置ＰｂのＸ座標Ｘｂ及び移動後位置ＰｂのＹ座標Ｙｂは、下記の式（１）のように表わされる。

Ｘｂ＝（Ｘａ−Ｘｃ）×ｃｏｓθ−（Ｙａ−Ｙｃ）×ｓｉｎθ＋Ｘｃ，
Ｙｂ＝（Ｘａ−Ｘｃ）×ｓｉｎθ＋（Ｙａ−Ｙｃ）×ｃｏｓθ＋Ｙｃ ・・・（１）
したがって、θ度のライブ画像の回転が指示された場合は、前記式（１）にしたがってＸｂ、Ｙｂを算出し、回転と併せてＸＹステージ部１０３を移動させることで、回転後も回転前と同じ観察ポイントを画面中心に捉え続ける事が出来る。
例えば、θ＝９０°、Ｘａ＝１００、Ｙａ＝１０、Ｘｃ＝１０、Ｙｃ＝１０の場合の回転後のＸＹステージ部１０３は、
Ｘｂ＝（１００−１０）×ｃｏｓ９０°−（１０−１０）×ｓｉｎ９０°＋１０＝１０，
Ｙｂ＝（１００−１０）×ｓｉｎ９０°＋（１０−１０）×ｃｏｓ９０°＋１０＝１００
に移動することとなる。

以上説明したように、本実施の形態によれば、回転中心と視野中心の不一致が起こる構造の場合であっても、回転後も回転前の観察ポイントを画面中心に捉え続けるため、回転によって観察ポイントを見失うことがない。

（第２の実施の形態）
次に、本発明を適用した第２の実施の形態について説明する。
図６は、第２の実施の形態における顕微鏡の機能を示す図である。

図６において、顕微鏡６００は、図１および図２を用いて説明した第１の実施の形態における顕微鏡１００が備える各構成に加え、角度検出部６１０を備える。
上述の第１の実施の形態では、オペレータの操作により回転指示部２０３で指示された回転角度が、入力部１０１によって入力される。本第２の実施の形態においては、オペレータの手動でメカ的または電気的操作により回転部１０７によるホルダ部１０４の回転を指示した場合も、角度検出部６１０がその回転角度を検出することができる。

例えば、図６において、回転部１０７と接続された角度検出部６１０は、ロータリーエンコーダ等のハードウェアを用いて角度を検出したり、ＸＹステージ部１０３を移動させた際の移動前後の画像から移動方向を算出して角度を検出したりすることができる。これにより、オペレータが手動で回転部１０７によるホルダ部１０４の回転を指示した場合も直ちにその回転角度（回転量）を把握し、その回転に応じてＸＹステージ部１０３を追従させることができる。

（第３の実施の形態）
次に本発明を適用した第３の実施の形態について説明する。
図４を用いて説明した第１の実施の形態における回転角度の指示は、オペレータが数値を直接入力したり、一定量間隔でステップ移動させる方法で回転を指示したりすることが可能である。しかしながら、数値から実際の回転結果をイメージし難いため、オペレータにとって使いやすいＧＵＩとは言い切れない。そこで、次のようなＧＵＩを用いることもできる。

図７は、ライブ画像上のドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。
図７に示した例は、コンピュータマウスのドラッグ操作を用いる例である。

オペレータが地点７０１でマウスクリックして矢印方向にドラッグすると、それに追従して試料画像がライブ画面の中心を軸に回転する。オペレータは画面を見ながら望ましい角度まで回転したところでドロップする。すると、制御部１０２が、コンピュータマウスのドラッグ操作に応じて、すなわち、ドラッグ開始前の角度とドロップした地点７０２の角度との差分から回転角度θの値を求め、その値を元に上述したような回転処理を施す。

図７に示した例は、ライブ画面の中心を軸に描いた円の内側の画像だけを回転させた例である。ドラッグ時に回転させる部位は画面全体であっても良いし、処理速度向上のために図７の例のように一部分だけを回転させてもよい。

図８は、指標となる線状マークを用いてドラッグアンドドロップで回転角度を決定する方法を示す図である。
また、図８に示したように、画面上にライブ画面中心を起点とする線状マーク８０１を描画し、画像の代わりにその線状マーク８０１をドラッグして回転させてもよい。図８の方法によれば、ライブ画像と無関係に且つ直感的に回転角を決定することができる。

以上本発明を適用した各実施の形態を説明してきたが、本発明は、以上に述べた各実施の形態等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内で種々の構成または形状を取ることができる。

１００ 顕微鏡
１０３ ＸＹステージ部
１０４ ホルダ部
１０６ 結像光学系
１０７ 回転部
１０８ カメラ部
１０５ 試料
１０１ 入力部
１０２ 制御部
１０９ 表示部
２０１ ライブ表示部
２０２ ＸＹ移動指示部
２０３ 回転指示部
２０４ 撮像指示部
６００ 顕微鏡
６１０ 角度検出部
７０１、７０２ 地点
８０１ 線状マーク

Claims (7)

1. 試料を保持する試料保持部と、
   対物レンズおよび結像レンズを介して前記試料の像を結ぶ結像光学系と、
   前記結像光学系の光軸に直行するＸＹ平面内で前記試料保持部を任意のＸＹ方向に移動させるＸＹステージ部と、
   前記結像光学系により結像された試料画像を撮像する撮像装置と、
   前記撮像装置により撮像された前記試料画像を表示する表示部と、
   前記ＸＹ平面に対し垂直な軸を中心にして前記試料保持部を回転させる回転部と、
   前記表示部に表示される前記試料画像が画面内で回転するように、前記ＸＹステージ部および前記回転部を制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする顕微鏡。
2. 前記画面内で前記試料画像が回転するための回転角度を入力する回転角度入力手段、
   をさらに備え、
   前記制御手段は、前記回転角度入力手段によって入力された回転角度および前記表示部の中央に対応する前記ＸＹステージ部の現在位置と前記回転部の中心に対応する回転中心位置との相対的位置関係に基づいて、前記ＸＹステージ部によって移動させる前記試料保持部の移動量を算出し、算出された前記移動量に従って前記ＸＹステージ部を移動させる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記回転角度入力手段は、オペレータが指示する角度データを回転角度として入力する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
4. 前記回転部が前記試料保持部を回転させる回転角度を検出する回転角度検出手段、
   をさらに備え、
   前記回転角度入力手段は、前記回転角度検出手段によって検出された回転角度を入力とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
5. 前記表示部に表示されている表示画像の回転角度を算出する表示画像回転角度算出手段、
   をさらに備え、
   前記回転角度入力手段は、前記表示画像回転角度算出手段によって算出された回転角度を入力とする、ことを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
6. 前記表示画像回転角度算出手段は、コンピュータマウスのドラッグ操作に応じて前記表示部の中央を中心とした回転角度を算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
7. 前記表示画像回転角度算出手段は、前記表示画面の中央を起点として表示された線状マークのコンピュータマウスによるドラッグ操作に応じて、前記起点を中心とした前記線状マークの回転角度を算出する、ことを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。