JP4831888B2

JP4831888B2 - 顕微鏡用撮像装置

Info

Publication number: JP4831888B2
Application number: JP2001183738A
Authority: JP
Inventors: 英之益山
Original assignee: Olympus Corp
Current assignee: Olympus Corp
Priority date: 2001-06-18
Filing date: 2001-06-18
Publication date: 2011-12-07
Anticipated expiration: 2021-06-18
Also published as: JP2003008982A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡での観察像をＣＣＤ等の撮像手段により撮像する顕微鏡用撮像装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、顕微鏡に付属する周辺装置として、顕微鏡の観察像をＣＣＤなどの撮像手段により撮像可能にした顕微鏡撮像装置が用いられている。
【０００３】
ところで、このような顕微鏡撮像装置では、顕微鏡により得られる観察像を静止画として記録する場合、観察像を記録する前のフレーミング操作や合焦操作のために動画像を表示部に表示するようにしている。この場合、表示部の動画像は、観察する標本の明るさに応じて、所望の明るさで表示するのに適した露出時間で撮像されて表示されており、したがって、観察する標本が暗い場合は、所望の明るさの表示を得るために露出時間を長くして撮像し、表示部に表示するようにしている。
【０００４】
しかしながら、このような撮像装置では、暗い標本を撮像するために露出時間を長くすると、動画像を得るためのフレームレートが低くなるため、フレーミングや合焦の操作性が著しく損なわれてしまう。
【０００５】
そこで、このような暗い標本、つまり被写体を撮影対象とする撮像装置として、例えば特開平１１−１６４１９１号公報に開示されたものが考えられている。かかる特開平１１−１６４１９１号公報では、暗い被写体を撮像する場合の撮像装置について以下のように記されている。
【０００６】
この場合、まず、被写体の照度を測定し、この照度を基に得られた測光評価値を予め設定された明るさの閾値ａ〜ｅ（但しａ＞ｂ＞ｃ＞ｄ＞ｅ）と比較する。そして、ここでの比較で、測光評価値が閾値ａ以上の場合は、撮像素子からの出力の増幅率Ｇ０を固定して、撮像素子の露出制御を絞りと露出時間で制御する。一方、測光評価値が閾値ａ未満の場合は、露出時間を１／６０秒に固定し、測光評価値と明るさの閾値との関係に応じて予め定義づけられた利得により撮像素子からの出力を増幅するようにしている。なお、測光評価値がｂ以上ａ未満の時の利得はＧ１、評価値がｃ以上ａ未満の時の利得はＧ２、…である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
このような特開平１１−１６４１９１号公報の方法によれば、標本が暗くてもフレームレートが損なわれることがなくなり、フレーミングや合焦の操作性は改善される。
【０００８】
しかし、表示部に表示される動画像の明るさは、予め用意される閾値の数により決められる段階的に変化するものとなり、このため、標本の明るさによらず常に所望の明るさで動画像を表示するようなことはできない。また、測光評価値が閾値ａ未満の場合は、露出時間が１／６０秒に固定されてしまうため、本来、１秒程度の露出時間を要するような被写体については、Ｓ／Ｎが著しく劣化してしまい、被写体の観察が難しくなる。
【０００９】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、標本が暗い場合でもフレーミングや合焦の操作性を損なうことのないフレームレートを確保できるとともに、Ｓ／Ｎ劣化による標本観察の妨げを回避できる顕微鏡用撮像装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の発明は、顕微鏡の観察像を撮像する撮像手段と、該撮像手段の出力を増幅する増幅手段と、該増幅手段により増幅され画像処理された画像を表示する表示手段と、を有する顕微鏡用撮像装置において、前記観察像の明るさに応じた測光値を取得する測光値取得手段と、前記測光値に基づき適正露出時間を演算する露出演算手段と、前記適正露出時間と予め設定された限界露出時間とを比較し、前記適正露出時間が限界露出時間よりも長い場合には、該限界露出時間を前記撮像手段による露出時間として設定するとともに、前記適正露出時間と限界露出時間との比に予め設定された標準利得を掛け合わせて前記増幅手段の利得として設定する露出制御手段と、を具備したことを特徴としている。
【００１２】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記撮像手段による露出時間を適正露出時間に設定するとともに、前記増幅手段の利得を前記標準利得に設定し、前記撮像手段により撮像された前記観察像を静止画として記録可能にしたことを特徴としている。
【００１３】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の発明において、前記限界露出時間を任意に設定可能にしたことを特徴としている。
【００１４】
この結果、本発明によれば、観察したい標本が暗い場合であっても、フレーミングや合焦の操作性が損なわれることのないフレームレートを確保した適正な明るさの動画表示を行うことができ、また、利得増大にともなう不用意なノイズ増大を回避でき、ノイズ劣化のない画質を確保できる。
【００１５】
また、本発明によれば、増幅手段に設定する利得は、適正露出時間と限界露出時間の比より求めているので、連続的な利得設定を行うことができ、標本の明るさに関係なく常に適正な明るさの動画像を表示できる。
【００１６】
さらに、本発明によれば、標本の明るさに忠実な静止画を記録保存することができる。
【００１７】
さらにまた、本発明によれば、操作者自身がフレーミングや合焦操作が行える任意の限界フレームレートを設定することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従い説明する。
【００１９】
(第１の実施の形態)
図１は、本発明が適用される顕微鏡用撮像装置の概略構成を示すものである。
【００２０】
図において、１０は顕微鏡本体で、この顕微鏡本体１０は、図示しない標本の観察像を目視観察可能にするとともに、観察光路ａ１に沿って外部に導出可能にしている。
【００２１】
顕微鏡本体１０外部の観察光路ａ１上には、顕微鏡本体１０からの観察像が投影される位置に、撮像手段としてＣＣＤなどの撮像素子１１が配置されている。
【００２２】
撮像素子１１は、撮像素子駆動部１２からの駆動信号に基づいた露出時間で駆動され、出力信号を前置処理部１３に入力する。前置処理部１３は、撮像素子駆動部１２から与えられる制御パルスにより撮像素子１１からの出力信号を映像信号化し増幅部１４に入力する。
【００２３】
増幅部１４は、制御部１７により設定される利得で前置処理部１３からの出力信号を増幅しＡ／Ｄ変換部１５に出力する。Ａ／Ｄ変換部１５は、撮像素子駆動部１２からのクロック信号に基づいて増幅部１４からの出力をデジタル化する。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部１５でデジタル化された映像信号は、信号処理部１６に入力される。信号処理部１６は、映像信号に対して色補正、階調補正などの信号処理を行うとともに、映像信号より標本の明るさに応じた測光値を取得し、バス２２を介して制御部１７に出力する。また、信号処理部１６からの出力は、Ｄ／Ａ変換部１９によりアナログ信号に変換され、動画像として表示部２０に表示される。
【００２５】
制御部１７は、露出演算手段１７１と露出制御手段１７２を有している。ここで、露出演算手段１７１は、信号処理部１６により抽出される測光値に基づいて撮像素子１１の露出時間を演算するものである。また、露出制御手段１７２は、露出演算手段１７１での演算結果により撮像素子１１の露出時間を制御するとともに、この露出時間と予め設定された限界露出時間との比較結果に応じて増幅部１４の利得を設定するようにしている。
【００２６】
また、制御部１７は、操作部１８からの指示により信号処理部１６から画像データをバス２２介して記録手段としての記録部２１に静止画像として記録する。
【００２７】
次に、このように構成された実施の形態の動作を説明する。
【００２８】
この場合、動画像によるフレーミングや合焦操作が行える限界のフレームレートを、例えば、毎秒５フレームとして、限界露出時間Ｔｔｈとして１／５秒が制御部１７に設定されているものとする。
【００２９】
この状態で、図２に示すフローチャートが実行される。まず、制御部１７は、初期露出時間Ｔｉｎｉを撮像素子駆動部１２に設定し、また標準となる利得Ｇｖを増幅部１４に設定する（ステップ２０１）。
【００３０】
そして、顕微鏡本体１０の観察光路ａ１上の観察像が撮像素子１１に投影されると、撮像素子１１は、撮像素子駆動部１２からの駆動信号に基づいた初期露出時間Ｔｉｎｉで駆動され、撮像素子１１に投影された観察像を光電変換し電気信号として出力する。
【００３１】
この撮像素子１１からの出力信号は、前置処理部１３に与えられ、撮像素子駆動部１２から与えられる制御パルスによりサンプリング処理されて映像信号化される。そして、この映像信号化された出力は、増幅部１４に予め設定されている利得Ｇｖで増幅され、Ａ／Ｄ変換部１５を介してデジタル化され信号処理部１６に入力される。
【００３２】
信号処理部１６は、映像信号に対して色補正、階調補正などの信号処理を行うとともに、映像信号より標本の明るさに応じた測光値を取得し、バス２２を介して制御部１７に出力する(ステップ２０２)。
【００３３】
制御部１７は、露出演算手段１７１において信号処理部１６より取得した測光値に基づいた露出演算を行い(ステップ２０３)、増幅部１４における利得がＧｖの場合の適正露出を得るための適正露出時間Ｔａを算出する。
【００３４】
次に、制御部１７は、露出制御手段１７２において露出演算で求められた適正露出時間Ｔａと予め設定されている限界露出時間Ｔｔｈとを比較し（ステップ２０４）。この比較結果に応じて動画表示のための露出時間Ｔの設定を行う。
【００３５】
この場合、標本が明るく適正露出時間Ｔａが限界露出時間Ｔｔｈより短い場合は、ステップ２０５に進む。このステップ２０５では、制御部１７は、増幅部１４の利得はＧｖをそのまま保持し、動画表示のための露出時間Ｔを適正露出時間Ｔａとして撮像素子駆動部１２に設定する。
【００３６】
これにより、撮像素子駆動部１２は、露出時間が適正露出時間Ｔａになるように撮像素子１１を駆動する。この時の撮像素子１１からの出力は、前述したと同様に前置処理部１３、増幅部１４、Ａ／Ｄ変換部１５を介して信号処理部１６に入力され、ここで色補正や階調補正が施された後に、Ｄ／Ａ変換部１９を介して表示部２０に動画像として表示される。
【００３７】
この時の表示部２０に表示される動画像は、限界露出時間Ｔｔｈより短い適正露出時間Ｔａで取り込まれているので、適正な明るさであり、フレーミングや合焦の操作性が損なわれることのないフレームレートを確保することができる。
【００３８】
また、この時の観察像を静止画として記録したい場合は、操作者が操作部１８を操作して記録の指示を制御部１７に与える。この場合は、撮像素子１１により適正露出時間Ｔａで撮像され、増幅部１４により利得Ｇｖで増幅された画像が信号処理部１６を介して記録部２１に送られて保存される。
【００３９】
一方、制御部１７での適正露出時間Ｔａと限界露出時間Ｔｔｈとの比較結果が、標本が暗く適正露出時間Ｔａが限界露出時間Ｔｔｈより長い場合は、ステップ２０６に進む。このステップ２０６では、制御部１７は、撮像素子駆動部１２に限界露出時間Ｔｔｈを設定する。また、制御部１７は、増幅部１４に限界露出時間Ｔｔｈとしたことによる補正分を含む利得（Ｔａ／Ｔｔｈ）×Ｇｖを設定する(ステップ２０７)。
【００４０】
これにより、撮像素子駆動部１２は、露出時間が限界露出時間Ｔｔｈになるように撮像素子１１を駆動する。この時の撮像素子１１からの出力は、前述したと同様に前置処理部１３を介して映像信号化され、増幅部１４において利得（Ｔａ／Ｔｔｈ）×Ｇｖで増幅される。この場合、増幅部１４の出力には、限界露出時間をＴｔｈとしたことによる補正分が加味されているので、適正露出時間Ｔａで撮像素子１１が駆動され、利得Ｇｖで増幅された信号と同じ明るさの映像信号となっている。
【００４１】
そして、増幅部１４の出力はＡ／Ｄ変換部１５でデジタル化され、信号処理部１６に入力され、ここで、色補正や階調補正が施された後、Ｄ／Ａ変換部１９を介して表示部２０に動画像として表示される。
【００４２】
この場合、表示部２０に表示される動画像は、限界露出時間Ｔｔｈにより取り込まれるが、増幅部１４の利得を（Ｔａ／Ｔｔｈ）×Ｇｖにして、限界露出時間Ｔｔｈとしたことによる補正分を加味することで、適正露出時間Ｔａで撮像素子１１を駆動し、利得Ｇｖで増幅したのと同じ明るさの映像信号を得られるようにしているので、適正な明るさとなり、フレーミングや合焦の操作性が損なわれることのないフレームレートを確保することができる。
【００４３】
また、この時の観察像を静止画として記録したい場合は、操作者が操作部１８を操作して記録の指示を制御部１７に与える。すると、図３に示すフローチャートが実行され、制御部１７は、増幅部１４に利得Ｇｖを設定するとともに、撮像素子駆動部１２に適正露出時間Ｔａを設定する(ステップ３０１、３０２)。これにより、撮像素子１１により適正露出時間Ｔａで撮像され、増幅部１４により利得Ｇｖで増幅された静止画像が信号処理部１６を介して記録部２１に送られ保存される(ステップ３０３)。
【００４４】
図４は、このような考え方をさらに説明するもので、標本の明るさに対応する測光値Ｌに対する露出時間Ｔと利得Ｇの関係を表している。この場合、標本が十分に明るく、測光値ＬがＬｔｈ以上で、このときの測光値Ｌより求められる適正露出時間Ｔａが予め設定される限界露出時間Ｔｔｈより短い場合(領域Ｒ１)は、増幅部１４の利得Ｇｖは一定に保持され、適正露出時間Ｔａが撮像素子駆動部１２に設定されて観察像の撮像が行われる。一方、標本が暗くなって測光値ＬがＬｔｈ以下となり、このときの測光値Ｌより求められる適正露出時間Ｔａが限界露出時間Ｔｔｈより長くなる場合（領域Ｒ２）は、限界露出時間Ｔｔｈが撮像素子駆動部１２に設定され、増幅部１４の利得が（Ｔａ／Ｔｔｈ）×Ｇｖに補正されて観察像の撮像が行われる。
【００４５】
従って、このようにすれば、静止画記録前の表示部２０に表示される動画像は、標本が暗い場合であっても、撮像素子１１により限界露出時間Ｔｔｈで撮像され、増幅部１４により利得（Ｔａ／Ｔｔｈ）×Ｇｖで増幅されるので、適正な明るさの表示を行うことができるとともに、フレーミングや合焦の操作性が損なわれることのないフレームレートを確保することができる。
【００４６】
また、この第１の実施の形態では、限界露出時間Ｔｔｈを１／５秒としたことにより、従来の露出時間の閾値を１／６０秒に設定するものと比べて１２分の１の明るさの標本に対しても、増幅部１４の利得を標準の利得Ｇｖのままに設定できるので、例え、標本が暗くても利得Ｇｖの増大に伴う不用意なノイズ増大を抑制することができ、Ｓ／Ｎの劣化による標本の観察の妨げを確実に回避することができる。
【００４７】
さらに、増幅部１４に設定する利得は、適正露出時間Ｔａと限界露出時間Ｔｔｈとの比より求めているので、連続的な利得設定を行うことができ、標本の明るさに関係なく常に適正な明るさの動画像を表示することができる。
【００４８】
さらにまた、操作者が操作部１８より記録の指示を与えると、増幅部１４が標準の利得Ｇｖに、撮像素子駆動部１２が適正露出時間Ｔａにそれぞれ設定され、撮像素子１１により撮像された観察像が静止画として記録部２１に記録できるので、標本の明るさに忠実な静止画を記録保存することができる。
【００４９】
なお、上述した実施の形態では、標本の明るさに応じた測光値から適正露出時間Ｔａを演算する自動露出として記してあるが、手動露出で露出制御を行ってもよい。例えば、操作者が操作部１８から好みの露出時間Ｔｂを制御部１７に対して設定した場合、制御部１７では、この設定された露出時間Ｔｂと限界露出時間Ｔｔｈとを比較し、この比較結果に応じて増幅部１４の利得（Ｔｂ／Ｔｔｈ）×Ｇｖを設定し、動画表示のための露出制御を行うようにすればよい。
【００５０】
(第２の実施の形態)
次に、本発明の第２の実施の形態を説明する。
【００５１】
図５は、本発明の第２の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００５２】
この場合、制御部１７には、設定部２３が接続されている。この設定部２３は、操作者自身がフレーミングや合焦操作が行える任意の限界フレームレートを設定するためのものである。また、制御部１７は、設定部２３に設定された限界フレームレートの逆数を限界露出時間Ｔｔｈとして設定する。
【００５３】
このようにしても、表示部２０に表示される動画像は、操作者が任意に設定したフレームレートに基づく限界露出時間Ｔｔｈを閾値とする以外は、上述した第１の実施の形態と同様な作用を得られるようになり、これにより、標本が限界露出時間Ｔｔｈより長い適正露出時間を要する明るさであっても、適正な明るさの表示を行うことができるとともに、フレーミングや合焦の操作性が損なわれることのないフレームレートを確保することができる。
【００５４】
(第３の実施の形態)
次に、本発明の第３の実施の形態を説明する。
【００５５】
図６は、本発明の第３の実施の形態の概略構成を示すもので、図１と同一部分には、同符号を付している。
【００５６】
この場合、制御部１７には、Ｉ／Ｆ部３１を介してパーソナルコンピュータ(以下ＰＣと略称する。)３２が接続されている。このＰＣ３２は、図１で述べたと同様な表示、記録、操作のそれぞれの機能を有している。
【００５７】
このような構成によると、撮像素子１１で観察像が撮像され、前置処理部１３、増幅部１４、Ａ／Ｄ変換部１５、信号処理部１６を介して色補正や階調補正が施された映像信号が制御部１７に入力されると、制御部１７よりＩ／Ｆ部３１を介してＰＣ３２に出力される。ＰＣ３２では、この映像信号をＰＣ３２のモニタに表示する。
【００５８】
この場合、ＰＣ３２のモニタに表示される動画像は、第１の実施の形態で述べたと同様にして得られたものなので、これ以降、制御部１７での図２に示すフローチャートで述べた動作により、標本が限界露出時間Ｔｔｈより長い適正露出時間を要する明るさであっても、適正な明るさの表示を行うことができるとともに、フレーミングや合焦の操作性が損なわれることのないフレームレートを確保することができる。
【００５９】
また、この時の観察像を静止画として記録したい場合は、操作者はＰＣ３２において、図示しないマウスやキーボードにより記録の指示を与える。この指示は、Ｉ／Ｆ部３１を介して制御部１７に与えられ、これにより、制御部１７は、第１の実施の形態で述べたと同様の作用により、撮像素子１１で撮像された映像信号を信号処理部１６よりＩ／Ｆ部３１を介してＰＣ３２に入力させ、ＰＣ３２のハードディスク装置などの図示しない記録媒体に保存するようになる。
【００６０】
なお、この第３の実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同様に制御部１７により露出演算を行っているが、制御部１７は、信号処理部１６からの測光値を、Ｉ／Ｆ部３１を介してＰＣ３２に入力し、ＰＣ３２にて露出演算を行い適正露出時間Ｔａを、Ｉ／Ｆ部３１を介して制御部１７に送るようにしてもよい。
【００６１】
なお、本発明は、上記実施の形態に限定されるものでなく、実施段階では、その要旨を変更しない範囲で種々変形することが可能である。
【００６２】
さらに、上記実施の形態には、種々の段階の発明が含まれており、開示されている複数の構成要件における適宜な組み合わせにより種々の発明が抽出できる。例えば、実施の形態に示されている全構成要件から幾つかの構成要件が削除されても、発明が解決しようとする課題の欄で述べた課題を解決でき、発明の効果の欄で述べられている効果が得られる場合には、この構成要件が削除された構成が発明として抽出できる。
【００６３】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、標本が暗い場合でもフレーミングや合焦の操作性を損なうことのないフレームレートを確保できるとともに、Ｓ／Ｎ劣化による標本観察の妨げを回避できる顕微鏡用撮像装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の概略構成を示す図。
【図２】第１の実施の形態の動作を説明するフローチャート。
【図３】第１の実施の形態の動作を説明するフローチャート。
【図４】第１の実施の形態の測光値に対する露出時間と利得の関係を説明する図。
【図５】本発明の第２の実施の形態の概略構成を示す図。
【図６】本発明の第３の実施の形態の概略構成を示す図。
【符号の説明】
１０…顕微鏡本体
１１…撮像素子
１２…撮像素子駆動部
１３…前置処理部
１４…増幅部
１５…Ａ／Ｄ変換部
１６…信号処理部
１７…制御部
１７１…露出演算手段
１７２…露出制御手段
１８…操作部
１９…Ｄ／Ａ変換部
２０…表示部
２１…記録部
２２…バス
２３…設定部
３１…Ｉ／Ｆ部
３２…ＰＣ

Claims

顕微鏡の観察像を撮像する撮像手段と、該撮像手段の出力を増幅する増幅手段と、該増幅手段により増幅され画像処理された画像を表示する表示手段と、を有する顕微鏡用撮像装置において、
前記観察像の明るさに応じた測光値を取得する測光値取得手段と、
前記測光値に基づき適正露出時間を演算する露出演算手段と、
前記適正露出時間と予め設定された限界露出時間とを比較し、前記適正露出時間が限界露出時間よりも長い場合には、該限界露出時間を前記撮像手段による露出時間として設定するとともに、前記適正露出時間と限界露出時間との比に予め設定された標準利得を掛け合わせて前記増幅手段の利得として設定する露出制御手段と、
を具備したことを特徴とする顕微鏡用撮像装置。
前記撮像手段による露出時間を適正露出時間に設定するとともに、前記増幅手段の利得を前記標準利得に設定し、前記撮像手段により撮像された前記観察像を静止画として記録可能にしたことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用撮像装置。
前記限界露出時間を任意に設定可能にしたことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡用撮像装置。