(57)【要約】【課題】像ブレの残留を抑制して観察精度を向上する。【解決手段】呼吸により振動する生体の被検査部位からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された光を撮影して２次元的な画像を取得する撮像部と、該撮像部により取得された画像を処理して被検査部位の振動波形を計測する振動計測部１７と、該振動計測部１７により計測された過去の振動波形を呼吸の開始位置からの相対変位量として記憶する記憶部１８と、呼吸の開始時を検出する呼吸検出部１９と、該呼吸検出部１９により呼吸の開始時が検出されたときに、対物レンズを記憶部１８に記憶されている過去の振動波形で駆動する対物レンズ駆動部とを備える生体観察装置を提供する。【選択図】図２
2010011927.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
呼吸により振動する生体の被検査部位からの光を集光する対物レンズと、
該対物レンズにより集光された光を撮影して２次元的な画像を取得する撮像部と、
該撮像部により取得された画像を処理して被検査部位の振動波形を計測する振動計測部と、
該振動計測部により計測された過去の振動波形を呼吸の開始位置からの相対変位量として記憶する記憶部と、
呼吸の開始時を検出する呼吸検出部と、
該呼吸検出部により呼吸の開始時が検出されたときに、前記対物レンズを記憶部に記憶されている過去の振動波形で駆動する対物レンズ駆動部とを備える生体観察装置。
【請求項２】
前記呼吸検出部が、画像処理により取得された振動波形に基づいて呼吸開始時を検出する請求項１に記載の生体観察装置。
【請求項３】
前記呼吸検出部が、加速度センサまたは生体信号センサである請求項１に記載の生体観察装置。
【請求項４】
前記呼吸検出部が、呼吸の終了時を検出した後には、前記対物レンズ駆動部が、画像処理により検出された位置に追従するように前記対物レンズを駆動する請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体観察装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は生体観察装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、光軸に垂直もしくは平行な方向の生体の振動を画像処理により検出し、その検出結果に基づいて対物レンズを駆動することにより、生体の振動に対物レンズを追従させて、ブレを抑制した鮮明な画像を得る生体観察装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１８７８１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、画像処理により生体の振動を検出する方法では、画像信号の転送時間を含む多大な画像処理時間によって検出遅れが発生し、特に、急峻な振動を伴う生体を観察する際に、生体の振動に追従させて対物レンズを駆動することが困難であるという不都合がある。すなわち、高精度な制御を実現できず、その結果、像ブレが残留し、精緻な観察を行うことができないという不都合がある。また、細胞の核を操作する場合のように極めて小さい対象を扱う場合には、像ブレの影響が大いに問題になる。
【０００５】
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、像ブレの残留を抑制して観察精度を向上することができる生体観察装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、呼吸により振動する生体の被検査部位からの光を集光する対物レンズと、該対物レンズにより集光された光を撮影して２次元的な画像を取得する撮像部と、該撮像部により取得された画像を処理して被検査部位の振動波形を計測する振動計測部と、該振動計測部により計測された過去の振動波形を呼吸の開始位置からの相対変位量として記憶する記憶部と、呼吸の開始時を検出する呼吸検出部と、該呼吸検出部により呼吸の開始時が検出されたときに、前記対物レンズを記憶部に記憶されている過去の振動波形で駆動する対物レンズ駆動部とを備える生体観察装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、呼吸検出部により生体の呼吸の開始時が検出されると、対物レンズが記憶部に記憶されている過去の振動波形で対物レンズを駆動する。記憶部には呼吸の開始位置からの相対変位量として振動波形が記憶されているので、呼吸による生体の振動に対物レンズを精度よく追従させて、あたかも静止している生体の被検査部位を観察しているかのように観察を行うことができる。
【０００８】
生体の呼吸による振動においては、臓器各部の移動を伴うため、必ずしも同じ位置から開始して同じ位置に終わるとは限らない。しかしながら、本発明によれば、記憶部には呼吸の開始位置からの相対変位量として振動波形が記憶されているので、各振動周期内の呼吸の開始時において被検査部位の位置が異なっても、被検査部位の振動に対物レンズを精度よく追従させることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記呼吸検出部が、画像処理により取得された振動波形に基づいて呼吸開始時を検出することとしてもよい。
呼吸の開始時には急峻な動きを示すので、画像処理の遅れにより追従誤差が大きくなる。したがって、この追従誤差の拡大を監視することで、簡易に呼吸開始時を検出することができる。
【００１０】
また、上記発明においては、前記呼吸検出部が、加速度センサまたは生体信号センサであってもよい。
このようにすることで、画像処理の遅れを伴うことなく、呼吸開始時を迅速に検出して、追従誤差を低減することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記呼吸検出部が、呼吸の終了時を検出した後には、前記対物レンズ駆動部が、画像処理により検出された位置に追従するように前記対物レンズを駆動することとしてもよい。
呼吸動作時には、比較的大きな変位が発生するために、画像処理の遅れによる追従誤差が発生しやすいが、呼吸が終了した後には、比較的小さい変位の脈動が存在するのみであるため、画像処理により検出された位置を用いてフィードバック制御することにしても、対物レンズを被検査部位の動きに精度よく追従させて、高い精度で観察することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、像ブレの残留を抑制して観察精度を向上することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の一実施形態に係る生体観察装置１について、図１〜図４を参照して説明する。
本実施形態に係る生体観察装置１は、図１に示されるように、試料Ｓを搭載するステージ２と、励起光Ｅを出射する励起光源３と、該励起光源３からの励起光Ｅを導く照明レンズ（照明光学系）４と、該照明レンズ４により導かれた励起光Ｅを試料Ｓに導く一方、試料Ｓにおいて発生した蛍光Ｆをコリメートする対物レンズ５と、該対物レンズ５によりコリメートされた蛍光Ｆを励起光Ｅから分岐するダイクロイックミラー６と、分岐された蛍光Ｆをさらに分岐するビームスプリッタ７と、分岐された蛍光Ｆを検出する２つのＣＣＤのような撮像装置（光検出部）８，９とを備えている。図中符号２１は結像レンズである。
【００１４】
前記励起光源３、照明レンズ４、ダイクロイックミラー６、ビームスプリッタ７および２つの撮像装置８，９は、顕微鏡本体１０に備えられている。一方、前記対物レンズ５は、顕微鏡本体１０に対してＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動可能に対物レンズ駆動装置１１により支持されている。
【００１５】
対物レンズ駆動装置１１は、前記対物レンズ５をステージ２と顕微鏡本体１０との間に配置するアーム１２と、該アーム１２により保持された対物レンズ５を鉛直方向に移動させる第１の駆動機構１３と、前記対物レンズ５を水平２方向に移動させる第２、第３の駆動機構１４，１５とを備えている。各駆動機構１３〜１５には、アーム１２を駆動するモータ１３ａ〜１５ａと、駆動機構１３〜１５による対物レンズ５の位置を検出するエンコーダ（図示略）とが備えられている。
【００１６】
前記撮像装置９には、制御装置１６が接続されている。
制御装置１６は、図２に示されるように、撮像装置９により取得された画像を処理して試料Ｓの振動波形を計測する振動計測部１７と、該振動計測部１７により計測された過去の振動波形を呼吸の開始位置Ａからの相対変位量として記憶する記憶部１８と、呼吸の開始時を検出する呼吸検出部１９とを備え、該呼吸検出部１９により呼吸の開始時が検出されたときに、記憶部１８に記憶されている過去の振動波形に基づいて駆動指令信号を生成する駆動指令部２０とを備えている。
【００１７】
振動計測部１７は、所定のサンプリング時間で所定の時間間隔にわたって撮像装置９により取得された画像を処理することにより、画像内の注目位置のＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動量を監視し、その時間変化を振動波形として、図３に示されるように計測する。
記憶部１８は、振動計測部１７において計測された振動波形の内、変位量が急峻に変化する時点を呼吸の開始位置Ａとし、変位量が同じ位置に戻った時点を呼吸の終了位置Ｂとして、開始位置Ａから終了位置Ｂまでの振動波形（破線で囲まれた範囲の波形）を記憶するようになっている。
【００１８】
呼吸検出部１９は、例えば、画像処理により制御動作中における追従誤差を算出し、試料Ｓの呼吸により追従誤差が拡大した時点を呼吸の開始時として検出し、トリガ信号を出力するようになっている。また、呼吸検出部１９は、追従誤差が所定の閾値を下回った時点を呼吸の終了時として検出し、トリガ信号を出力するようになっている。
駆動指令部２０は、呼吸検出部１９により呼吸の開始時が検出された時点および呼吸の終了時が検出された時点で、対物レンズ駆動装置１１による対物レンズ５の制御動作を制御モード１と制御モード２とで切り替えるようになっている。
【００１９】
すなわち、図４に示されるように、制御が開始されると、呼吸検出部１９は、追従誤差を監視し（ステップＳ１）、試料Ｓが呼吸により急激に変動して呼吸の開始が検出された場合（ステップＳ２）には、駆動指令部２０に対して呼吸の開始を知らせるトリガ信号を出力し、制御モード１に切り替えるようになっている（ステップＳ３）。
【００２０】
駆動指令部２０は、制御モード１に切り替えられると、記憶部１８を検索し、記憶部１８に記憶されている過去の呼吸時の振動波形を呼び出して適用し（ステップＳ４）、該振動波形に従って対物レンズ５をＸ，Ｙ，Ｚ方向に移動させる駆動指令信号を演算するようになっている（ステップＳ５）。そして、演算された駆動指令信号は、対物レンズ駆動装置１１に出力され（ステップＳ６）、対物レンズ５が、記憶部１８に記憶されていた振動波形に従って移動させられる。
【００２１】
その後、制御を終了する指令が入力されているか否かが判断され（ステップＳ７）、入力されていない場合には、ステップＳ１〜Ｓ６が繰り返される。
記憶部１８には過去の呼吸開始位置Ａからの振動波形が記憶されているので、対物レンズ５は、呼吸開始後の試料Ｓの振動に精度よく追従して移動させられることになる。
【００２２】
また、本実施形態においては、記憶部１８には、過去の振動波形が呼吸開始位置Ａからの相対変位量で記憶されているので、図３に示されるように、各呼吸の開始時における試料Ｓの位置が相違しても、追従誤差を生ずることなく、精度よく追従させることができる。すなわち、呼吸により臓器等が変位して同じ位置に戻らないことがあるが、そのような場合においても対物レンズ５を試料Ｓの変位に精度よく追従させることができる。
【００２３】
一方、呼吸検出部１９により呼吸の終了時が検出されると、呼吸検出部１９から駆動指令部２０に対してトリガ信号が出力され、制御モード２に切り替えられる（ステップＳ８）。駆動指令部２０は、制御モード２に切り替えられると、画像処理により検出された位置をそのままフィードバックすることにより、偏差を低減する方向に対物レンズ５を移動させるような駆動指令信号を演算するようになっている（ステップＳ５）。すなわち、非呼吸時には、試料Ｓの変動が小さいため、画像処理による遅れが発生しても追従誤差が大きくならずに済む。
【００２４】
このように、本実施形態に係る生体観察装置１によれば、変位量の大きくなる呼吸時には、過去の振動波形に従って対物レンズ５を駆動するので画像処理を伴わず、位置検出の遅れによる追従誤差の増大を防止し、像ブレを抑制して観察精度を向上することができるという利点がある。一方、変位量の小さい非呼吸時には、通常のフィードバック制御を行うことで制御を簡易化し、追従誤差の増大を伴うことなく偏差の残留を防止することができるという利点がある。
【００２５】
なお、本実施形態においては、呼吸の開始時および終了時を画像処理により算出される追従誤差に基づいて検出することとしたが、これに限定されるものではなく、その後退差分等により擬似的に微分した変位の時間変化に基づいて検出することにしてもよい。また、画像処理によることなく、別個のセンサ、例えば、歪みゲージや加速度センサによって呼吸の開始時および終了時を検出することにしてもよい。また、呼吸の開始時のみを検出し、呼吸の終了時についてはタイマーにより呼吸の開始時からの経過時間を計数することにより検出することにしてもよい。
【００２６】
また、画像処理により呼吸の開始時または終了時を検出する場合には、画像に内在するノイズの影響を受ける可能性が高いので、予めノイズ除去のためのフィルタリングを行うこととしてもよい。
【００２７】
また、記憶部１８に記憶する過去の呼吸時の振動波形としては、１周期内に存在する呼吸時の振動波形を記憶してもよいし、複数周期にわたって取得した呼吸時の振動波形の平均的な振動波形を記憶しておくことにしてもよい。
この場合、呼吸時の振動波形としては直前の複数周期分の振動波形を平均したものを採用することが望ましい。このように記憶部１８に記憶されている振動波形を更新することにより、何らかの原因で呼吸の深さが変化した場合にも高精度に対物レンズ５を追従させることができる。
【００２８】
また、記憶部１８に記憶する呼吸時の振動波形としては、呼吸の開始から終了までの全範囲にわたるものでもよいし、呼吸の開始から変位量のピーク時までの変位の変化が急峻な範囲のみの振動波形でもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体観察装置を示す全体構成図である。
【図２】図１の生体観察装置の制御装置を示すブロック図である。
【図３】図１の生体観察装置により観察する被検査部位の振動の時間変化の一例を示す図である。
【図４】図１の生体観察装置による制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００３０】
Ａ  開始位置
Ｓ  試料（生体）
１  生体観察装置
５  対物レンズ
９  撮像装置（撮像部）
１１  対物レンズ駆動装置（対物レンズ駆動部）
１７  振動計測部
１８  記憶部
１９  呼吸検出部
【図１】
2010011927.tif 000003
【図２】
2010011927.tif 000004
【図３】
2010011927.tif 000005
【図４】
2010011927.tif 000006