(57)【要約】【課題】  カメラユニットにおいて、被写体の撮影位置と画像との相関をコンピュータなどに正確かつ容易に認識させるための手段を提供する。【解決手段】  カメラユニットは被写体の撮影位置を調整可能であって、カメラヘッドと、位置検出部と、位置情報生成部と、通信部とを備える。カメラヘッドは、露出動作を行ない、被写体を撮像して画像のデータと、露出動作に関するタイミング信号を出力する。位置検出部は、基準位置からの被写体またはカメラヘッドによる撮影位置の移動量を検出する。位置情報生成部は、カメラヘッドから入力される画像のデータに対して、カメラヘッドから出力された露出動作に関するタイミング信号の検出時における位置情報を、位置検出部の出力に基づいて付加する。通信部は、位置情報が付加された画像のデータを外部に送信する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体の撮影位置を調整可能なカメラユニットであって、
露出動作を行ない、前記被写体を撮像して画像のデータと、前記露出動作に関するタイミング信号を出力するカメラヘッドと、
基準位置からの前記被写体または前記カメラヘッドによる撮影位置の移動量を検出する位置検出部と、
前記カメラヘッドから入力される前記画像のデータに対して、前記カメラヘッドから出力された露出動作に関するタイミング信号の検出時における位置情報を、前記位置検出部の出力に基づいて付加する位置情報生成部と、
前記位置情報が付加された前記画像のデータを外部に送信する通信部と、
を含むことを特徴とするカメラユニット。
【請求項２】
請求項１に記載のカメラユニットにおいて、
前記位置検出部は、前記被写体の撮像時に前記移動量を検出し、
前記位置情報生成部は、前記画像のデータに対して、該画像の撮像時における前記移動量から取得した前記位置情報を付加することを特徴とするカメラユニット。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のカメラユニットにおいて、
前記被写体の拡大像を形成するための対物レンズをさらに含み、
前記位置検出部は、前記対物レンズの光軸方向での前記移動量を検出し、
前記位置情報生成部は、前記被写体と前記対物レンズとの距離の情報を前記画像データに付加することを特徴とするカメラユニット。
【請求項４】
請求項３に記載のカメラユニットにおいて、
前記カメラヘッドは、顕微鏡により結像された像を撮像することを特徴とするカメラユニット。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被写体の撮影位置を特定可能とするカメラユニットに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、カメラユニットとコンピュータとを接続して構成された電子カメラシステムが公知である。一例として、非特許文献１には、カメラユニット側のキャプチャ釦の入力をコンピュータがカメラユニットに問い合わせるとともに、コンピュータがキャプチャ釦の入力タイミングに対応する静止画の記録を行う電子カメラシステムの例が開示されている。
【非特許文献１】「ＤＳカメラコントロールユニットＤＳ−Ｌ２、ＤＳカメラヘッドおよびＤＳ冷却カメラヘッド  使用説明書」，株式会社ニコン，２００６年６月５日発売，ｐ．２２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、上記の従来の電子カメラシステムでは、例えば、撮影対象物をステージ等に載置して撮像手段との位置を変化させつつ撮影を行っている最中に画像をキャプチャしたとき、キャプチャ釦を操作したタイミングでカメラユニットはキャプチャ釦が押されたことを示す信号をコンピュータに出力する。コンピュータはその信号をトリガーにしてその時点でコンピュータ側に入力されている位置情報を取得するが、撮影したタイミングと同じタイミングで画像を取得するための露出動作が電子カメラで実行されているとは限らない。それ故、取得した画像と、その画像に対応する位置情報との相関が必ずしも正確でないため、改善の余地があった。
【０００４】
そこで、本発明の目的は、カメラユニットにおいて、被写体の撮影位置と画像との相関をコンピュータなどに正確かつ容易に認識させるための手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の態様のカメラユニットは被写体の撮影位置を調整可能であって、カメラヘッドと、位置検出部と、位置情報生成部と、通信部とを備える。カメラヘッドは、露出動作を行ない、被写体を撮像して画像のデータと、露出動作に関するタイミング信号を出力する。位置検出部は、基準位置からの被写体またはカメラヘッドによる撮影位置の移動量を検出する。位置情報生成部は、カメラヘッドから入力される画像のデータに対して、カメラヘッドから出力された露出動作に関するタイミング信号の検出時における位置情報を、位置検出部の出力に基づいて付加する。通信部は、位置情報が付加された画像のデータを外部に送信する。
【０００６】
上記の一の態様において、位置検出部は、被写体の撮像時に移動量を検出してもよい。また、位置情報生成部は、画像のデータに対して、該画像の撮像時における移動量から取得した位置情報を付加してもよい。
【０００７】
上記の一の態様において、カメラユニットは、被写体の拡大像を形成するための対物レンズをさらに含んでいてもよい。位置検出部は、対物レンズの光軸方向での移動量を検出してもよい。そして、位置情報生成部は、被写体と対物レンズとの距離情報を画像データに付加してもよい。また、上記の一の態様のカメラヘッドは、顕微鏡により結像された像を撮像するものであってもよい。
【０００８】
なお、上記の一の態様のカメラユニットを含む電子カメラシステムの構成や、上記のカメラユニットからカメラヘッドを除いたカメラ制御装置の構成も、本発明の具体的態様として有効である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明では、カメラユニットが、画像のデータを得るために露出動作を行ったタイミングで位置情報を取得することで、被写体の撮影位置と画像との相関を正確かつ容易に認識させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜一の実施形態の説明＞
図１は、一の実施形態として顕微鏡に適用される電子カメラシステムの構成例を示す図である。この一の実施形態の電子カメラシステムは、顕微鏡装置１と、カメラユニット２と、コンピュータ３とを備えている。また、カメラユニット２およびコンピュータ３は、公知のシリアル通信回線４によって接続されている。また、顕微鏡装置１とコンピュータ３とは接続されている。
【００１１】
顕微鏡装置１は、標本Ｓが載置されるステージ１１と、対物レンズ１２と、観察用の可視光を射出する光源１３と、光源１３の像を対物レンズ１２の瞳へ投影する照明光学系１４と、照明光学系１４からの光を対物レンズ１２へ導く第１のハーフミラー１５と、対物レンズ１２が捉えた標本Ｓからの可視光（観察光）を２方向に分岐させる第２のハーフミラー１６と、第２のハーフミラー１６の反射光路に備えられ、対物レンズ１２と共に標本Sの像を結像する観察光学系１７と、第２のハーフミラー１６の透過光路に設けられ、対物レンズ１２と共に標本Ｓの像を観察者の網膜上に結像する接眼レンズ１８とを備えている。
【００１２】
ここで、ステージ１１は、不図示の駆動装置によって、図１の紙面に対して垂直なｘｙ方向に駆動する。また、対物レンズ１２のレンズ位置は、不図示のモータの駆動によって、対物レンズの光軸に沿ったｚ軸方向（図１の上下方向）に調整される。なお、上記の駆動装置およびモータの動作は、それぞれコンピュータ３によって制御される。
【００１３】
また、顕微鏡装置１は、ステージ１１のｘ軸方向の位置を検出するエンコーダ１９ａと、ステージ１１のｙ軸方向の位置を検出するエンコーダ１９ｂと、対物レンズ１２のｚ軸方向の位置を検出するエンコーダ１９ｃとを有している。各エンコーダは、Ａ相と、Ｂ相と、基準位置（原点）を示すＺ相との３系統の出力をそれぞれ有している（図２参照）。なお、各エンコーダにおいてＡ相およびＢ相のパルス列の出力は１／４周期ずれており、両者の出力の比較によって正方向の移動と逆方向の移動とをエンコーダが検出できる。
【００１４】
カメラユニット２は、カメラヘッド２１と、カメラ制御装置２２とを備えている。このカメラヘッド２１は、顕微鏡装置１の対物レンズ１２及び観察光学系１７による結像された像を撮像するモジュールである。このカメラヘッド２１は、撮像素子２３と、Ａ／Ｄ変換部２４と、タイミングジェネレータ（ＴＧ）２５とを有している。
【００１５】
撮像素子２３は、対物レンズ１２及び観察光学系１７により結像された標本Ｓの像を撮像する。この撮像素子２３の出力はＡ／Ｄ変換部２４に接続されている。そして、Ａ／Ｄ変換部２４は、撮像素子２３から入力される各フレームの画像信号をＡ／Ｄ変換し、ＲＡＷ形式の画像のデータ（ＲＡＷ画像データ）をカメラ制御装置２２に出力する。なお、一の実施形態での撮像素子２３は、カメラユニット２の動作時に所定のフレームレート（例えば３０ｆｐｓ、６０ｆｐｓなど）で顕微鏡装置１による画像を連続的に撮像する。
【００１６】
ＴＧ２５は、１フレームの区切りを示す垂直同期信号（ＶＤ）や、１フレームでの露出期間を示す露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）などのタイミングパルスを生成し、これらのタイミングパルスを撮像素子２３やカメラ制御装置２２に供給する。撮像素子２３での電荷蓄積動作および信号読み出し動作や、カメラ制御装置２２での信号処理は、上記のタイミングパルスに基づいてそれぞれ制御される。なお、上記の露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）は、図１にて破線で示す信号線によりコンピュータ３にも入力される。
【００１７】
また、カメラ制御装置２２は、３つのエンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂ，２６ｃと、位置情報生成部２７と、画像処理部２８と、通信部２９とを有している。なお、位置情報生成部２７および通信部２９は、それぞれ画像処理部２８と接続されている。
【００１８】
エンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂ，２６ｃは、それぞれ顕微鏡装置１のエンコーダ１９ａ，１９ｂ，１９ｃからの入力を受け付ける回路である。また、エンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの出力はそれぞれ位置情報生成部２７に接続されている。
【００１９】
図２は、代表例としてのエンコーダＩ／Ｆ２６の構成例を示す図である。なお、一の実施形態において各エンコーダＩ／Ｆ（２６ａ，２６ｂ，２６ｃ）の構成はいずれも共通するので個別的な説明は省略する。
【００２０】
エンコーダＩ／Ｆ２６は、カウンタ４１と、第１ラッチ回路４２と、第２ラッチ回路４３とを有している。ここで、カウンタ４１、第１ラッチ回路４２、第２ラッチ回路４３は直列に接続されている。また、第１ラッチ回路４２には露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）が入力され、第２ラッチ回路４３には垂直同期信号（ＶＤ）が入力される。
【００２１】
カウンタ４１には、エンコーダからのＡ相，Ｂ相，Ｚ相の各信号が入力される。このカウンタ４１は、上記の各信号によるパルスのカウントを行なう。そして、カウンタ４１は、上記のカウントの値を、基準位置からの移動量を示す値に変換し、第１ラッチ回路４２に出力する。
【００２２】
第１ラッチ回路４２および第２ラッチ回路４３は、いずれもフリップフロップ回路で構成される。第１ラッチ回路４２は、露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）の入力に応じて、カウンタ４１の出力値（基準位置からの移動量の値）をラッチする。具体的には、撮像素子の１フレーム分の画像を取得するための露出開始タイミングを示す露出タイミング信号の立下り時をトリガーとして、カウンタ４１からの出力をラッチする。
【００２３】
このように、露出開始タイミングを検出して、その時点のカウンタ４１から出力を保持するようにしているので、露出タイミングに合った位置情報を取得することができる。
【００２４】
一方、この第１ラッチ回路４２の出力は、第２ラッチ回路４３に接続されている。また、第２ラッチ回路４３は、垂直同期信号（ＶＤ）の入力に応じて、第１ラッチ回路４２の出力値をラッチする。この第２ラッチ回路４３の出力は、位置情報生成部２７に接続されている。具体的には、１フレーム分の画像の取得が完了したことを示すＶＤ信号の立下り時をトリガーとして、第１ラッチ回路４２の出力値をラッチする。ＶＤ信号を検出して当該フレームの画像が取得できたことを検出することで、検出後にカメラヘッド２１からカメラ制御装置２２に入力されたＲＡＷ画像データと第２ラッチ回路４３で保持された位置情報とを同じタイミングで位置情報生成部２７に出力することができる。なお、ここでは同じタイミングで位置情報生成部２７に出力しているが、ＲＡＷ画像データの取得タイミングと位置情報の取得タイミングが所定時間だけ常に違っている場合には、その時間の違いを考慮してカメラ制御装置２２内で調整できる機構を設けるようにしても良い。しかし、このような機構を新たに設けることない点で、ＲＡＷ画像データと位置情報とを対応づけることができる本実施の形態は優れている。
【００２５】
図１に戻って、位置情報生成部２７は、カメラヘッドから入力される画像のデータに、エンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各出力に基づく位置情報を付加する。なお、位置情報生成部２７は、各エンコーダＩ／Ｆの出力値をそのまま位置情報としてもよい。あるいは、位置情報生成部２７は、エンコーダＩ／Ｆの出力値に基づいて、標本Ｓとの相対距離を求めて、この相対距離の値を位置情報としてもよい。
【００２６】
画像処理部２８は、位置情報生成部２７を介してカメラヘッド２１から入力されるＲＡＷ画像データに対して各種の画像処理（色補間処理、階調変換処理、輪郭強調処理、ホワイトバランス調整、色変換処理など）を施し、現像処理が成された画像データを生成する。
【００２７】
通信部２９は、シリアル通信回線４を介して接続されたコンピュータ３とのデータ送受信を、所定のシリアル通信規格に準拠して制御する。
【００２８】
コンピュータ３は、通信Ｉ／Ｆ３１と、記録Ｉ／Ｆ３２と、入出力Ｉ／Ｆ３３と、記憶部３４と、ＣＰＵ３５と、を有している。通信Ｉ／Ｆ３１、記録Ｉ／Ｆ３２、入出力Ｉ／Ｆ３３、記憶部３４はそれぞれＣＰＵ３５と接続されている。
【００２９】
通信Ｉ／Ｆ３１は、シリアル通信回線４を介して接続されたカメラユニット２とのデータ送受信を、所定のシリアル通信規格に準拠して制御する。記録Ｉ／Ｆ３２は、コンピュータ３に外付けされた補助記憶装置５に対してデータの書込／読込を行う。なお、補助記憶装置５は、例えばハードディスクや不揮発性の半導体メモリなどで構成される。
【００３０】
入出力Ｉ／Ｆ３３には、モニタ６と入力デバイス７（キーボード、ポインティングデバイスなど）とがそれぞれ接続されている。入出力Ｉ／Ｆ３３は、入力デバイス７からの各種入力を受け付けるとともに、モニタ６に対して表示用のデータを出力する。これにより、モニタ６には、ＣＰＵ３５の制御によって、カメラヘッド２１で撮像された画像がリアルタイムで動画表示される。
【００３１】
記憶部３４は、ＣＰＵ３５によって実行されるプログラムを記憶する不揮発性のメモリである。なお、記憶部３４には、カメラユニット２で撮像された画像のデータを記憶させることもできる。
【００３２】
ＣＰＵ３５は、プログラムの実行によりコンピュータ３の各部動作を統括的に制御するプロセッサである。また、ＣＰＵ３５は、露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）に基づいて撮像素子２３の非露出期間を求めるととともに、顕微鏡装置１の駆動装置およびモータを上記の非露出期間にそれぞれ駆動させる。これにより、撮像素子２３の露光中は標本Ｓや対物レンズ１２を静止状態にできるため、ステージ１１や対物レンズ１２の移動による顕微鏡画像の像ぶれなどを抑制できる。
【００３３】
以下、一の実施形態での電子カメラシステムの動作例を説明する。カメラユニット２は、電源の投入（あるいは撮像モードの立ち上げ操作）に応じて、カメラヘッド２１の撮像素子２３を駆動させる。撮像素子２３は、観察光学系１７によって結像された標本Ｓの顕微鏡画像の撮像を開始する。そして、撮像素子２３は、所定のフレームレートで顕微鏡画像の撮像を連続的に実行する。なお、撮像素子２３から出力される顕微鏡画像の画像信号は、Ａ／Ｄ変換部２４をパイプライン式に通過し、ＲＡＷ画像データとしてカメラ制御装置２２に順次入力される。
【００３４】
一方、コンピュータ３は、入力デバイス７からの入力に応じて、顕微鏡装置１の駆動装置やモータを駆動させる。これにより、顕微鏡装置１において、ステージ１１に載置された標本Ｓの位置や対物レンズ１２のレンズ位置が調整される。このとき、エンコーダ１９ａ，１９ｂ，１９ｃによって、ステージ１１のｘ軸方向の位置を示す信号、ステージ１１のｙ軸方向の位置を示す信号、対物レンズ１２のｚ軸方向の位置を示す信号が、エンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂ，２６ｃにそれぞれ入力される。
【００３５】
そして、カメラ制御装置２２の位置情報生成部２７は、エンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂ，２６ｃの各出力に基づき、ＲＡＷ画像データに対して、その画像の撮像時に取得された位置情報を付加する。
【００３６】
ここで、図３は、一の実施形態におけるカメラ制御装置２２の動作例を示すチャートである。なお、以下の図３を用いた説明では、簡単のため、エンコーダＩ／Ｆ２６ｃと位置情報生成部２７との動作のみに注目して説明を行うが、実際には、エンコーダＩ／Ｆ２６ａ，２６ｂについてもそれぞれ同様の処理が行われる。
【００３７】
図３において、垂直同期信号（ＶＤ）の立ち上がりから立ち下がりの期間（ＶＤがハイレベルの期間）は、１フレーム分の画像信号の出力期間に対応する。また、露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）の立ち下がりから立ち上がりの期間（ｅｘｐ＿ｔがローレベルの期間）は、撮像素子２３による１フレーム分の電荷蓄積期間（露光時間）に対応する。なお、カメラユニット２が長秒時露光を行う場合、ＴＧ２５はＶＤの周期を２倍に設定することもある。
【００３８】
ｅｘｐ＿ｔがローレベルからハイレベルになると、その後にカメラヘッド２１の撮像素子２３では、露光期間に取得された画像信号の読み出しが行なわれる。そして、カメラ制御装置２２には、上記の信号読み出しに対応するＲＡＷ画像データが入力される。
【００３９】
一方、エンコーダＩ／Ｆ２６ｃのカウンタ４１は、エンコーダ１９ｃのＡ相、Ｂ相、Ｚ相の各出力のパルスをそれぞれカウントし、対物レンズ１２の基準位置からの移動量を示す値を第１ラッチ回路４２に逐次出力する。
【００４０】
第１ラッチ回路４２は、露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）の立ち下がりのタイミングで、カウンタ４１の出力値をラッチする。これにより、第１ラッチ回路４２からは、次の露出タイミング信号（ｅｘｐ＿ｔ）の立ち下がりのときまでラッチされた値が出力される。そして、第２ラッチ回路４３は、垂直同期信号（ＶＤ）の立ち下がりのタイミングで、第１ラッチ回路４２の出力値をラッチする。これにより、第２ラッチ回路４３からは、次の垂直同期信号（ＶＤ）の立ち下がりのときまでラッチされた値が出力される。
【００４１】
そして、位置情報生成部２７は、入力されるＲＡＷ画像データに対して、エンコーダＩ／Ｆ２６ｃの出力から取得した位置情報を付加する。
【００４２】
例えば、位置情報生成部２７は、ＲＡＷ画像データに対して、位置情報を格納したヘッダファイル（またはフッタファイル）を付加してもよい。あるいは、上記の画像データに空き領域として利用できる部分（例えば撮像素子２３のオプチカルブラック領域に対応する部分や画像のリングピクセル分など）があれば、位置情報生成部２７は、上記の空き領域に位置情報を埋め込むようにしてもよい。このようにして、ＲＡＷ画像のデータに対して、その画像の撮像時に取得された位置情報が付加される。
【００４３】
その後、画像処理部２８は、位置情報生成部２７から入力されたＲＡＷ画像データに対して画像処理を施す。画像処理後の画像のデータは、通信部２９および通信回線４を介してコンピュータ３に順次入力される。
【００４４】
コンピュータ３のＣＰＵ３５は、入出力Ｉ／Ｆ３３を介して、顕微鏡画像を入力順にモニタ６に表示させる。これにより、モニタ６には、カメラユニット２で撮像された顕微鏡画像がリアルタイムで動画表示される。なお、ＣＰＵ３５は、なお、位置情報付きの画像データを記憶部３４等に記録してもよい。
【００４５】
また、ＣＰＵ３５は、画像データに付加された位置情報を読み出すことで、所定の顕微鏡画像に対応する撮像時のステージ１１の位置および対物レンズ１２のレンズ位置を正確に取得できる。
【００４６】
したがって、一の実施形態でのコンピュータ３は、撮像時のステージ１１の位置や対物レンズ１２のレンズ位置と、カメラユニット２で取得された画像との同期をとることなく、画像データのみから被写体の撮影位置を正確かつ容易に認識できる。
【００４７】
また、ＣＰＵ３５が、対物レンズ１２をｚ軸方向に移動させて顕微鏡装置１の自動焦点調節（ＡＦ）を行う場合を考える。一の実施形態でのＣＰＵ３５は、上記の位置情報に基づいて合焦状態の画像に対応する対物レンズ１２のレンズ位置を正確に取得できるため、顕微鏡装置１の焦点調節を精度よく行うことが可能となる。
【００４８】
＜実施形態の補足事項＞
（１）上記の実施形態では、顕微鏡に適用される電子カメラシステムの例を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではない。例えば、工場の製造ラインの状態を撮影するカメラユニットと、そのカメラユニットに接続されるコンピュータとを有する電子カメラシステムにおいても、本発明の構成を適用することが可能である。
【００４９】
（２）上記の実施形態では、ＲＡＷ画像データに位置情報を付加する例を説明したが、本発明は、画像処理部２８による画像処理後の画像データに位置情報を付加するものであってもよい。
【００５０】
（３）上記の実施形態において、標本Ｓに対する対物レンズ１２の光軸方向の位置を調整するときに、ステージ１１を上下動させるようにしてもよい。また、上記の実施形態において、ステージ１１を固定するとともに、顕微光学系とともにカメラヘッド２１を標本Ｓに対してｘｙ方向に移動させるようにしてもよい。さらに、ステージ１１がｚ軸を中心に回転する機能を備える場合、位置情報生成部２７は、ステージ１１の回転量を示す位置情報を画像データに付加するようにしてもよい。
【００５１】
以上の詳細な説明により、実施形態の特徴点および利点は明らかになるであろう。これは、特許請求の範囲が、その精神および権利範囲を逸脱しない範囲で前述のような実施形態の特徴点および利点にまで及ぶことを意図するものである。また、当該技術分野において通常の知識を有する者であれば、あらゆる改良および変更に容易に想到できるはずであり、発明性を有する実施形態の範囲を前述したものに限定する意図はなく、実施形態に開示された範囲に含まれる適当な改良物および均等物によることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】一の実施形態での電子カメラシステムの構成例を示す図
【図２】エンコーダＩ／Ｆの構成例を示す図
【図３】一の実施形態におけるカメラ制御装置の動作例を示すチャート
【符号の説明】
【００５３】
１…顕微鏡装置、２…カメラユニット、３…コンピュータ、４…通信回線、１９ａ〜１９ｃ…エンコーダ、２１…カメラヘッド、２２…カメラ制御装置、２３…撮像素子、２５…タイミングジェネレータ（ＴＧ）、２６ａ〜２６ｃ…エンコーダＩ／Ｆ、２７…位置情報生成部、２８…画像処理部、２９…通信部、３１…通信Ｉ／Ｆ、３５…ＣＰＵ、４１…カウンタ、４２…第１ラッチ回路、４３…第２ラッチ回路
【図１】
2010147888.tif 000003
【図２】
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【図３】
2010147888.tif 000005