JP5102081B2 - 顕微鏡装置、その駆動制御装置、プログラム - Google Patents
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Description
すなわち、通常、ユーザの操作によって所望の観察倍率に変更する際、指定される観察倍率に応じて、ズームレンズを現在位置から指定された観察倍率に対応する位置まで移動させるのに必要な駆動量、つまりズームレンズの相対駆動量は異なる。このとき、ズームレンズの駆動速度が一定であると、変更する観察倍率に応じたズームレンズの駆動に費やす所要時間、つまり観察倍率の切換えにかかる時間が異なってしまう。このため、従来の顕微鏡システムは、観察倍率の変更操作を行う際の操作性が高いものとは言えなかった。
図1に本例の顕微鏡システム全体の概略構成図である。
図示の顕微鏡システムは、顕微鏡1と制御PC(パソコン)1014とからなる。
顕微鏡1は、サンプル1002に光を照射するための光源ユニット1003、観察ユニット1012、対物レンズ(OB)1004、CCDカメラ1013、サンプルを載置するステージ1001、ズームレンズ制御部1009から構成される。観察ユニット1012には、ズームレンズユニット1006が内臓され、さらに図示しない観察光学系や照明光学系が構成されるとともに、光源ユニット1003、対物レンズ1004、CCDカメラ1013がそれぞれ取付けられる。
図示の例のズームレンズユニット1006は、光軸を中心として任意の位置に駆動されてズーム倍率を変更するためのズームレンズ2001と、ズームレンズ2001を保持する枠体2001aと、ズームレンズ2001及び枠体2001aを駆動するためのステッピングモータ1005と、ステッピングモータ1005の駆動に伴いズームレンズ2001を駆動させるための変倍機構としてのカム2002から構成される。
ズームレンズ制御部1009は、コマンドI/O5004と、CPU5001と、RAM5002と、ROM5003と、ズームレンズI/O5005と、ズームレンズドライバ5006とから成る。
これより、CPU5001は、これらROM5003やRAM5002に格納されているプログラムやデータを用いて、システム制御処理(ズームレンズユニット1006の制御処理;特に後述する図7または図11または図13あるいは図17の処理)を実行する。
図示の通り、LUT100には、各現在位置(パルス位置)101(及びそれによる現在倍率102)に対応付けて、その位置から低倍率側104、高倍率側105に駆動する場合の駆動速度V103が記憶されている。
T=N/V ・・・(1)式
によって上記各駆動速度V(v1〜v4)を予め求めておき、これを図6に示すように駆動速度VのLUT100に設定しておく。すなわち、上記各駆動速度V(v1〜v4)は、各現在倍率から倍率変更するのに必要となる駆動量(パルス量)に応じて決定されるものであると考えてよい。
以上のように構成された本例の顕微鏡1の動作について説明する。
まず、図1に示す光源ユニット1003は、電源が投入されると光を観察ユニット1012に導入する。ここで観察ユニット1012に導入された光は、図示しない照明光学系とズームレンズユニット1006を通して対物レンズ(OB)1004によってサンプル1002上に集光される。サンプル1002からの反射光は、再び対物レンズ(OB)1004と観察ユニット1012を介してCCDカメラ1013の受光素子上に結像され、ユーザーはズーム倍率調整GUI4001の画像表示部4005により画像表示されるサンプル1002の光学像を観察することができる。
初期化完了後、制御PC1014の上記ズーム倍率調整アプリケーションを起動すると、当該アプリケーションは、ズームレンズ制御部1009からズームレンズ2001の現在位置情報を取得し、これより現在のズーム倍率をズーム倍率表示部4004に表示させた後、ズーム調整ボタン4002、4003を押下可能状態とする。初期化完了後、ズームレンズ2001はソフトウェアリミットにより624パルス位置以下に駆動しない。
上記駆動方向Dは、ボタン4002が操作された場合は“高倍率側”、ボタン4003が操作された場合は“低倍率側”となる。
図7は、上記第1の実施例に係るズームレンズ駆動制御処理のフローチャート図である。
相対駆動量N=(等比係数R×現在位置X)−現在位置X
を演算する。
相対駆動量N=1250×2−1250=2500−1250=1250
となる。
相対駆動量N=現在位置X−(現在位置X÷等比係数R)
を演算する。
すなわち、ズームレンズの駆動量が等比級数で増加する構成では、ズームレンズの駆動速度が一定だと所要時間が異なりズーム操作が煩わしいが、ズームレンズ位置に応じて(すなわち駆動量に応じて)駆動速度を変え、ズームレンズの駆動に要する所要時間を所定の範囲内に抑えることで、ズーム操作の煩わしさを解消できる。
すなわち、通常、ズームレンズの駆動量が大きいズーム倍率変更を行う場合(例えば8倍から16倍への変更)、ズームレンズの駆動にかかる所要時間は大きくなってしまうが、本手法では、例えば、ズームレンズの駆動量が少ないズーム倍率変更時(ズーム倍率の変更量が小の場合)にかかる所要時間を基準時間として、全てのズーム倍率変更時における所要時間が、この基準時間を含む所定範囲内となるようにする(基準時間とほぼ同じにする;あるいは基準時間と同一としてもよい)ように駆動速度Vを設定することもできる。これによって、ズームレンズの駆動量が大きいズーム倍率変更にかかる所要時間が短縮されることになり、ズーム倍率を変更させる際の時間を短縮することが可能となる。
「変形例」
上記第1の実施例のズームレンズの移動量は、所定の等比係数Rの等比級数で増加させたが、等比係数Rはひとつの値(上記の例ではR=2)に限定されず、複数備えておき、ユーザが任意に等比係数Rを設定しても良い。
図8は、第2の実施例におけるズーム倍率の一例を示すものである。
本実施例においても、第1の実施例と同様に、ズームレンズ2001をフルストロークで駆動するのに必要なステッピングモータ1005のパルス数は、0から10000パルスであるものとし、ズームレンズ2001をズーム倍率に対応するパルス位置に駆動することで変倍できる構成となっている。また、ズームレンズ2001は、625パルス位置がズーム最低倍率の1倍で、10000パルス位置がズーム最大倍率の16倍になるように構成されている。ステッピングモータ1005はズームレンズ制御部1009に接続されている。このステッピングモータ1005は、ズームレンズ制御部1009から出力された励磁パターン電流により駆動される。また、ズーム倍率は、ステッピングモータ1005をCCW方向に駆動すると高倍率側に変化し、CW方向に駆動すると低倍率側に変化する構成となっている。
このズーム倍率調整GUI7001は、ユーザが粗動による倍率アップ/ダウン指示を行うためのズーム倍率粗動調整ボタン7002、7003、微動による倍率アップ/ダウン指示を行うためのズーム倍率微動調整ボタン7004、7005、観察中のズーム倍率を表示するズーム倍率表示部7006、サンプル1002の画像を表示する画像表示部7007によって構成される。
図示のLUT200は、ズームレンズ2001の現在位置(現在倍率)に対するズームレンズ2001の駆動速度VのLUTである。
v1 < v2 < v3 < ,,, v14 < v15 < v16、
v1 < v17、 v3 < v18、 v3 < v19 ,,, v14 < v30 、v15 < v31、v16 < v32
となるように構成されている。
同コマンドを受信したときの制御部CPU5001の動作を、図11に示すフローチャート図を用いて説明する。
まず、CPU5001は、ズームレンズI/O5005からズームレンズ2001の現在位置Xを取得する(step11)。次に、CPU5001は、コマンドI/O5004からズームレンズ2001の駆動方向D(高倍率側/低倍率側)を取得する(step12)。更に、CPUは、コマンドI/O5004からズームレンズ2001の駆動モードM(微動/粗動)を取得する(step13)。
相対駆動量N = (等比係数R×現在位置X)−現在位置X
を算出する。
相対駆動量N = 現在位置X−(現在位置X÷等比係数R)
を算出する。
上記第2の実施例によれば、ズームレンズを粗動と微動で駆動したときの時間を所定範囲内又は一定にすることができる。
ここで、上記第2の実施例では、図8で説明したように、2倍、4倍、8倍等の基本ズーム倍率だけでなく、これら各基本ズーム倍率間の上記詳細ズーム倍率が存在する。そして、ここでは、基本ズーム倍率に対応する位置を粗動位置と呼び、詳細ズーム倍率に相当する位置を微動位置と呼ぶものとする。
以下に説明する第2の実施例の変形例では、現在位置が微動位置である場合でも、1回の操作で粗動位置に戻すことができる。
図12のLUT300は、各現在位置(パルス位置)301に対応する相対駆動量Nと駆動速度VのLUTである。すなわち、ズームレンズ2001を指示位置に駆動させるための相対駆動量Nと、駆動に要する時間を一定の範囲内に抑える為の駆動速度Vとが、各現在位置毎に対応付けて登録されたLUTである。
すなわち、ユーザは、ズーム倍率調整GUI7001の画像表示部7007の画像を見て、粗動もしくは微動でズーム拡大または縮小したいと判断した場合、ズーム倍率粗動調整ボタン7002または7003、もしくはズーム倍率微動調整ボタン7004または7005を押下することで、観察に適切なズーム倍率に変更することができる。
本例(第2の実施例の変形例)において同コマンドを受信したときの制御部CPU5001の動作を、図13のフローチャート図を用いて説明する。
CPU5001は、まず、ズームレンズI/O5005からズームレンズ2001の現在位置Xを取得する(step31)。次に、CPU5001は、コマンドI/O5004からズームレンズ2001の駆動モードMを取得する(step32)。その次に、CPU5001はコマンドI/O5004からズームレンズ2001の駆動方向Dを取得する(step33)。
次に、以下、第3の実施例について説明する。以下の説明では、第1、第2の実施例と異なる部分のみ説明する。
上記第1の実施例では、ボタン4002、4003によって倍率アップ/ダウンを指示する構成であり、ズーム倍率を直接指定するものではなかった。よって、例えば1倍から16倍に変更したい場合には、4回のボタン操作が必要であった。これは、第2の実施例(その変形例)においても略同様である。
まず、図15に示すGUIについて説明する。
図15は、制御PC1014内のズーム倍率調整アプリケーションによって表示される、第3の実施例におけるズーム倍率調整GUI8001の一例を示す図である。
v1 < v2 < v3 < ,,, <v8 < v9
となるように設定されている。
指示位置Tは、上記ユーザにより直接指定されたズーム倍率に対応するパルス位置であり、例えばズーム倍率4倍の場合には2500となる。
相対駆動量N = 指示位置T−現在位置X
を算出する。
次に、CPU5001は、ズームレンズ2001の相対駆動量Nが0以上ならば(正の値ならば)(step45がY)、駆動方向CCWと相対駆動量Nのパルス数を駆動速度VでズームレンズI/O5005に出力する(step46)。その後、ズームレンズI/O5005からのズームレンズ駆動完了信号を受信するまで待ち、受信したら(step47がY)、このシーケンスの処理を終える。
ズーム倍率を直接指定しズームレンズを駆動したとき、ズームレンズの駆動速度が一定だと、ユーザがGUIでズーム調整ボタンを押下してからズーム倍率が切り替わるまでの所要時間が異なりズーム操作が煩わしい。第1、第2の実施例の効果と同様に、ズームレンズの相対駆動量に応じて駆動速度を変え、ズームレンズが駆動する所要時間を所定の範囲内に抑えることで、ズーム操作の煩わしさを解消する。
100 LUT
101 現在位置(パルス位置)
102 現在倍率
103 駆動速度V
104 低倍率側
105 高倍率側
200 LUT
201 現在位置(パルス位置)
202 現在倍率
203 駆動速度V
204 低倍率側
205 高倍率側
206 粗動
207 微動
208 微動
209 粗動
300 LUT
301 現在位置(パルス位置)
302 微動
303 粗動
304 低倍率側
305 高倍率側
306 低倍率側
307 高倍率側
400 LUT
401 相対駆動量N
402 駆動速度V
1001 ステージ
1002 サンプル
1003 光源ユニット
1004 対物レンズ(OB)
1005 ステッピングモータ
1006 ズームレンズユニット
1009 ズームレンズ制御部
1010 モータ駆動部
1012 観察ユニット
1013 CCDカメラ
1014 制御PC(パソコン)
2001 ズームレンズ
2001a 枠体
2002 カム
2003 センサ
2004 センサ遮光部
4001 ズーム倍率調整GUI
4002,4003 ズーム倍率調整ボタン
4004 ズーム倍率表示部
4005 画像表示部
5001 CPU
5002 RAM
5003 ROM
5004 コマンドI/O
5005 ズームレンズI/O
5006 ズームレンズドライバ
7001 ズーム倍率調整GUI
7002,7003 ズーム倍率粗動調整ボタン
7004,7005 ズーム倍率微動調整ボタン
7006 ズーム倍率表示部
7007 画像表示部
8001 ズーム倍率調整GUI
8002 ズーム倍率調整ボタン
8003 ズーム調整スライダ
8004 現在倍率表示部
8005 指示倍率表示部
8006 画像表示部
Claims (9)
- 顕微鏡装置において、
光軸方向に移動する光学部品と、
任意の倍率変更指示に応じて現在の倍率から倍率変更指示された倍率となるように前記光学部品を駆動制御する駆動制御手段と、
を有し、
前記駆動制御手段は、全ての倍率変更において、現在の倍率から倍率変更指示された倍率への変更での前記光学部品の駆動に要する時間が、ほぼ同じとなるように、前記光学部品を駆動させる駆動速度を変化させることを特徴とする顕微鏡装置。 - 前記倍率変更指示として前記光学部品の駆動方向を入力する入力手段と、
各倍率に対応する前記光学部品の各位置に応じて、該位置から各駆動方向へ駆動する際の駆動速度が登録されている駆動速度記憶手段と、
をさらに有し、
前記駆動制御手段は、前記光学部品の現在位置と前記入力手段により入力された駆動方向とに応じた駆動速度を前記駆動速度記憶手段から求めて、該求めた駆動速度により前記光学部品の駆動制御を行なうことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡装置。 - 前記倍率変更指示として前記光学部品の駆動方向と駆動モードを入力する入力手段と、
各倍率に対応する前記光学部品の各位置に応じて、該位置から各駆動方向へ各駆動モードにより駆動する際の駆動速度が登録されている駆動速度記憶手段と、
をさらに有し、
前記駆動制御手段は、前記光学部品の現在位置と前記入力手段により入力された駆動方向と駆動モードとに応じた駆動速度を前記駆動速度記憶手段から求めて、該求めた駆動速度により前記光学部品の駆動制御を行なうことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡装置。 - 前記駆動モードは粗動または微動であり、前記光学部品は、粗動である場合には粗動に対応する位置へと駆動され、微動である場合には微動に対応する位置へと駆動され、
前記駆動制御手段は、前記現在位置が前記微動に対応する位置であるときに前記粗動が指定された場合、前記光学部品を前記粗動に対応する位置へと駆動制御することを特徴とする請求項3記載の顕微鏡装置。 - 前記倍率変更指示として任意の倍率を入力する入力手段と、
各相対駆動量に応じた駆動速度が登録されている駆動速度記憶手段と、
をさらに有し、
前記駆動制御手段は、前記光学部品の現在位置から前記入力手段により入力された倍率に応じた位置までの相対駆動量を求め、該求めた相対駆動量に応じた駆動速度を前記駆動速度記憶手段から求めて、該求めた相対駆動量と駆動速度により前記光学部品の駆動制御を行なうことを特徴とする請求項1記載の顕微鏡装置。 - 前記倍率が低倍率側から高倍率側にかけて所定の等比係数の等比級数で増加すると共に該各倍率に対応する前記光学部品の位置も該所定の等比係数の等比級数で増加する構成であることを特徴とする請求項1〜5の何れかに記載の顕微鏡装置。
- 前記光学部品は、前記光軸方向に移動することでズーム倍率を連続的に変化させるズームレンズであることを特徴とする請求項1〜6の何れかに記載の顕微鏡装置。
- 顕微鏡装置における駆動制御装置であって、
光軸方向に移動する光学部品を任意の倍率変更指示に応じて現在の倍率から倍率変更指示された倍率となるように駆動制御する際に、全ての倍率の変更に際し、現在の倍率から倍率変更指示された倍率への変更での前記光学部品の駆動に要する時間が、ほぼ同じとなるように、前記光学部品を駆動させる駆動速度を変化させる制御を行う駆動制御手段、
を有することを特徴とする駆動制御装置。 - 顕微鏡装置におけるコンピュータを、
光軸方向に移動する光学部品を任意の倍率変更指示に応じて現在の倍率から倍率変更指示された倍率となるように駆動制御する際に、全ての倍率の変更に際し、現在の倍率から倍率変更指示された倍率への変更での前記光学部品の駆動に要する時間が、ほぼ同じとなるように、前記光学部品を駆動させる駆動速度を変化させる制御を行う駆動制御手段、
として機能させるためのプログラム。
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