(57)【要約】【課題】被写体の像のぶれ量に応じて、照明光量／露光時間／カメラゲインを変化させることにより、最適撮影を行うことができる顕微鏡カメラを提供する。【解決手段】顕微鏡カメラ１の制御部（マイクロコントローラ４）は、試料Ｏのデジタル画像を撮影する前の予備動作として、利得制御部１４を制御して予め決められたカメラゲインに設定した状態で光学像ぶれ検出部１６により試料Ｏの像のぶれ量を検出し、露光時間調整部１３により撮像部３における露光時間を短くし、且つ、照明調光部７により照明部６から放射される照明光の光量を増加させた露光を行う第１モードを備えている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
被写体へ照明光を照射する照明部と、
前記照明部から放射される前記照明光の光量を変化させる照明調光部と、
前記被写体からの光を集光して前記被写体の像を結像する結像部と、
前記被写体の像を検出して映像信号として出力する撮像部と、
前記撮像部において前記被写体の像を検出するときの露光時間を制御する露光時間調整部と、
前記撮像部から出力された映像信号を、カメラゲインに応じた信号振幅に調整する利得制御部と、
前記被写体の像のぶれ量を検出する光学像ぶれ検出部と、
前記照明調光部、前記露光時間調整部、及び、前記利得制御部の作動を制御して前記被写体のデジタル画像を撮影する制御部と、を有し、
前記制御部は、前記デジタル画像を撮影する前の予備動作として、
前記利得制御部を制御して予め決められたカメラゲインに設定した状態で前記光学像ぶれ検出部により前記ぶれ量を検出し、当該ぶれ量が所定の値より大きい場合は、前記露光時間調整部により前記露光時間を短くし、且つ、前記照明調光部により前記照明光の光量を増加させた露光を行う第１モードを有することを特徴とする顕微鏡カメラ。
【請求項２】
前記ぶれ量が所定の値よりも大きい場合に、前記露光時間調整部により前記露光時間を短くし、且つ、前記利得制御部により前記カメラゲインを増加させた露光を行う第２モードを更に備え、前記第１及び第２モードを切り替え可能に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡カメラ。
【請求項３】
前記被写体の像の輝度を検出する測光部を有し、
前記制御部は、前記予備動作の前に前記測光部により前記輝度を検出し、当該輝度を維持するように、前記露光時間に応じて、前記光量、及び、前記カメラゲインを制御して前記被写体のデジタル画像を取得するように構成された請求項１または２に記載の顕微鏡カメラ。
【請求項４】
前記制御部は、前記第１及び第２モードにおいて、前記光学像ぶれ検出部で検出される前記ぶれ量が所定の値より小さくなるまで前記露光時間を短くするように構成された請求項２または３に記載の顕微鏡カメラ。
【請求項５】
前記光学像ぶれ検出部は、前記予備動作において得られた前記デジタル画像のコントラストから前記ぶれ量を検出するように構成された請求項１〜４いずれか一項に記載の顕微鏡カメラ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡カメラに関する。
【背景技術】
【０００２】
撮像素子を用いて被写体像を撮影して、その結果得られた画像をモニタ表示し、また、内蔵フラッシュメモリに記録するデジタルカメラが広く普及している。これらのデジタルカメラでは比較的低照度の被写体を撮像するときに発生する画像のぶれを低減するために、各種のぶれ補正方法が提案されている。例えば、焦点距離と画素ピッチとから最長露光時間を算出し、それに基づき絞り／カメラゲイン／露光時間で算出される適正露光量にて撮影する方法（例えば、特許文献１参照）や、ぶれ補正機能及びカメラゲイン優先のいずれかを選択する方法（例えば、特許文献２参照）が提案されている。また、比較的高倍率の光学系を用いて暗い被写体を撮影する顕微鏡デジタルカメラや顕微鏡システムの場合、振動を考慮した大型の防振機構付の装置が必須である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１４０７９３号公報
【特許文献２】特許第４１７４５５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の方法では、実際のぶれ量を反映できないため、予め設定された最長露光時間を超える場合は、像のぶれを警戒するがゆえにカメラゲインを増加することになり必要以上にノイズ量が増加する場合があり、特許文献２に記載の方法のように、光学的ぶれ補正装置を設けると、光学系や撮像素子を稼働させるための駆動部が必要となり装置が高価になり、また、大型化するという課題があった。特に、大型の防振機構を設けると大型の据え置きステージを設ける必要があり、手持ち撮影や電池駆動などを可能にした小型の顕微鏡カメラの構築は不可能である。
【０００５】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、被写体の像のぶれ量に応じて、最適撮影を行うことができる顕微鏡カメラを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記課題を解決するために、本発明に係る顕微鏡カメラは、被写体へ照明光を照射する照明部と、照明部から放射される照明光の光量を変化させる照明調光部と、被写体からの光を集光してこの被写体の像を結像する結像部と、被写体の像を検出して映像信号として出力する撮像部と、撮像部において被写体の像を検出するときの露光時間を制御する露光時間調整部と、撮像部から出力された映像信号を、カメラゲインに応じた信号振幅に調整する利得制御部と、被写体の像のぶれ量を検出する光学像ぶれ検出部と、照明調光部、露光時間調整部、及び、利得制御部の作動を制御して被写体のデジタル画像を撮影する制御部と、を有する。そして、制御部は、デジタル画像を撮影する前の予備動作として、利得制御部を制御して予め決められたカメラゲインに設定した状態で光学像ぶれ検出部によりぶれ量を検出し、当該ぶれ量が所定の値より大きい場合は、露光時間調整部により露光時間を短くし、且つ、照明調光部により照明光の光量を増加させた露光を行う第１モードを有している。
【０００７】
このような顕微鏡カメラは、ぶれ量が所定の値よりも大きい場合に、露光時間調整部により露光時間を短くし、且つ、利得制御部によりカメラゲインを増加させた露光を行う第２モードを更に備え、第１及び第２モードを切り替え可能に構成されることが好ましい。
【０００８】
また、このような顕微鏡カメラは、被写体の像の輝度を検出する測光部を有し、制御部は、予備動作の前に測光部により輝度を検出し、当該輝度を維持するように、露光時間に応じて、光量及びカメラゲインを制御して被写体のデジタル画像を取得するように構成されることが好ましい。
【０００９】
また、このような顕微鏡カメラにおいて、制御部は、第１及び第２モードにおいて、光学像ぶれ検出部で検出されるぶれ量が所定の値より小さくなるまで露光時間を短くするように構成されることが好ましい。
【００１０】
さらに、このような顕微鏡カメラにおいて、光学像ぶれ検出部は、予備動作において得られたデジタル画像のコントラストからぶれ量を検出するように構成されることが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る顕微鏡カメラを以上のように構成すると、被写体の像のぶれ量に応じて、照明光量を変化させることにより、最適撮影を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】顕微鏡カメラの構成を示すブロック図である。
【図２】上記顕微鏡カメラにおいて被写体の撮影を行うときの処理を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照して説明する。まず、本実施形態に係る顕微鏡カメラの構成について図１を用いて説明する。この顕微鏡カメラ１は、対物レンズ、結像レンズなどから構成される顕微鏡光学系を有し、被写体である試料Ｏからの光を集光してこの試料Ｏの像を結像する結像部２と、ＣＣＤイメージセンサやＭＯＳ型イメージセンサ等の固体撮像素子で構成され、結像部２により結像された試料Ｏの像を検出して映像信号（電気信号）として出力する撮像部３と、この顕微鏡カメラ１の作動を制御する制御部であるマイクロコントローラ４と、このマイクロコントローラ４に格納されたプログラムによる制御に基づいて撮像部３により試料Ｏの像を取得して映像信号として出力させ、この映像信号を処理して試料Ｏのデジタル画像を出力する撮像素子制御部５と、試料Ｏに照明光を照射する照明部６と、照明部６から放射される照明光の光量の制御を行う照明調光部７と、撮像素子制御部５から出力されるデジタル画像から試料Ｏの像の輝度を検出する測光部８と、この顕微鏡カメラ１の操作を行う操作者からの指示が入力される操作部９と、試料Ｏのデジタル画像が表示される表示部１０と、試料Ｏのデジタル画像が記憶される画像メモリ１１と、マイクロコントローラ４、表示部１０及び画像メモリ１１を相互に接続し、これらの間の信号の送受信を行うシステムバス１２と、から構成されている。また、撮像素子制御部５はさらに、撮像部３における露光時間を調整する露光時間調整部１３と、撮像部３から出力された映像信号を所定の信号振幅に調整する（この調整のための値を「カメラゲイン」と呼ぶ）利得制御部１４と、この利得制御部１４で調整された映像信号（アナログ信号）をデジタル信号に変換して出力するＡ／Ｄ変換部１５と、から構成される。また、撮像素子制御部５から出力されるデジタル画像に基づいて光学像のぶれを検出する光学像ぶれ検出部１６が、マイクロコントローラ４で実行されるプログラムとして設けられている。
【００１４】
ここで、撮像部３を構成する固体撮像素子は、結像部２で結像された像を受光素子で受光し、この受光素子に蓄積された電荷を取り出すことにより映像信号を出力するものであるが、電荷を蓄積する時間に応じて信号の強度（画像の輝度）が変化する。そのため、本実施の形態ではこの固体撮像素子において画像（映像信号）を取得するために電荷を蓄積する時間を「露光時間」と呼ぶものとする。
【００１５】
また、本実施形態に係る顕微鏡カメラ１において、照明部６は、少なくとも２以上の光源を有し、これらの光源が結像部３を円環状に囲むように配置されて構成されている。そのため、試料Ｏに対して、この試料Ｏを囲む複数の方向から照明光を照射することができるため、試料Ｏの凹凸により影になる部分を少なくし、且つ、均一な照明を行うことができる。なお、この照明部６に可視光を放射する光源を用いることにより、試料Ｏの落射照明観察が可能になる。また、照明部６に、例えば近紫外光を放射する光源を用いることにより、この試料Ｏで発生する蛍光による観察（落射蛍光観察）が可能になる。さらに、この照明部６の光源の一部を点灯し、一部を消灯することにより、偏斜照明が可能となる。
【００１６】
また、操作部９には、試料Ｏのデジタル画像を取得するタイミングを指示するためのスイッチ（レリーズボタン）、及び、後述するように、予備動作において露光時間を調整するためのモードを選択するためのスイッチ（モード選択ボタン）が、少なくとも設けられている。
【００１７】
このような顕微鏡カメラ１において、撮像部３で得られた映像信号は利得制御部１４において、カメラゲインに応じた信号振幅に調整された後、Ａ／Ｄ変換部１５によってデジタル値に変換された映像信号となる。この映像信号は後述するように、測光部８により検出される輝度が適正な値となるように、マイクロコントローラ４により露光時間とカメラゲインの組み合わせが決定され、露光時間調整部１３及び利得制御部１４に設定され、この設定値に応じて撮像部３及び利得制御部１４が制御される。特に、常に画像データが更新されるライブビュー動作時に比べて、印刷や拡大表示用途の静止画は画像ノイズなどの影響を極力排除する必要があるので、カメラゲインを小さくしてノイズの発生を抑えた方が好ましく、また像ぶれが生じないように、露光時間も短くした方が好ましい。
【００１８】
そこで、本実施形態に係る顕微鏡カメラ１においては、測光部８で得た試料Ｏの像の輝度を維持したまま、ぶれのないデジタル画像を得るために、以下に示すような処理を行って露光時間を調整するように構成されている。以下、図２を用いてこの処理について説明する。
【００１９】
上述のように、この顕微鏡カメラ１の動作は、マイクロコントローラ４に格納されたプログラムに基づいて制御される。この顕微鏡カメラ１の電源が投入されると、マイクロコントローラ４は、測光部８で検出された試料Ｏの像の輝度を取り出し（ステップＳ１００）、この輝度に応じて最適なカメラゲインと露光時間を決定して露光時間調整部１３及び利得制御部１４を制御した後、試料Ｏのデジタル画像を取得し、表示部１０に表示する（ステップＳ１０１）。なお、このデジタル画像は、表示部１０に表示することにより操作者が撮像部３で取得している試料Ｏの像を確認するためのものであり、このデジタル画像に重畳されるノイズよりも試料Ｏがはっきりと確認できることが優先されるため、露光時間は毎秒３０フレームなどの画像表示のフレームレートより短く、またカメラゲインは高く（明るい画像になるように）設定される。また、照明部６から試料Ｏに照射される照明光の光量は、マイクロコントローラ４により、測光部８で検出された輝度に基づいて自動的に設定するか、若しくは、操作者による操作部９の操作により調整可能に構成されている。
【００２０】
そして、マイクロコントローラ４は、操作部９の状態を読み取り（ステップＳ１０２）、画像撮影のためのレリーズボタンが操作されたかを判定し、このレリーズボタンが操作されていないときは、ステップＳ１００に戻って以上の処理を繰り返す（ステップＳ１０３）。すなわち、操作部９のレリーズボタンが操作されるまでは、所定の時間間隔で試料Ｏの像（デジタル画像）が取得されて表示部１０に表示されるため、以降の説明においては、ステップＳ１００〜ステップＳ１０３が実行されている状態を「ライブビュー動作」と呼ぶ。一方、ステップＳ１０３でレリーズボタンが操作されたと判定したときは、以下の予備動作を行ってぶれの影響の無いデジタル画像を取得する。
【００２１】
まず、マイクロコントローラ４は、ステップＳ１０２で読み取った操作部９の状態のうち、モード選択ボタンの設定状態を参照する（ステップＳ１０４）。なお、本実施形態に係る顕微鏡カメラ１においては、ぶれのない画像を得るために露光時間をシフトする方法として、照明光量を調整する方法（以下、「第１モード」と呼ぶ）及びカメラゲインを調整する方法（以下、「第２モード」と呼ぶ）からなる２つのモードが設けられており、操作部９のモード選択ボタンでこれらのモードを選択することができる。
【００２２】
［第１モード］
ステップＳ１０４において、操作部９のモード選択ボタンで第１モードが選択されていると判断したときは、マイクロコントローラ４は利得制御部１４のカメラゲインを予め決められた所定の値に設定する（ステップＳ１０５）。なお、上述のように、ライブビュー動作では試料Ｏの像がはっきりと表示部１０に表示されるようにカメラゲインは高く設定されているため、通常の状態においては、このステップＳ１０５においては、カメラゲインはライブビュー動作のときよりも低くなるように設定される。次に、試料Ｏの像の輝度が、ステップＳ１００で測定されたときの値になるのように、ステップＳ１０５で設定されたカメラゲインに対応させて照明光量を変化させ、照明調光部７に設定する（ステップＳ１０６）。上述のように、ステップＳ１０５においてカメラゲインが低く設定されるため、このステップＳ１０６では照明光量が増加するように設定される。
【００２３】
この状態でマイクロコントローラ４は、現在の露光時間を、所定の時間幅だけ短くして露光時間調整部１３に設定する（ステップＳ１０７）。露光時間を短くするとその分、試料Ｏの像の輝度が低下するため、マイクロコントローラ４は、ステップＳ１００で測定されたときの輝度になるように、照明光量を増加させ照明調光部７に設定する（ステップＳ１０８）。そして、この状態で、光学像ぶれ検出部１６により、撮像素子制御部５から出力されたデジタル画像にぶれの影響があるか否かを判定する（ステップＳ１０９）。デジタル画像にぶれの影響があると、エッジ部分の像が広がり（ぼやけ）、輝度の変化が緩やかになる。そのため、このような状態でコントラストを算出すると低い値となる。反対に、ぶれの影響がないと、エッジ部分の像がシャープになり、輝度の変化が大きくなるため、コントラストが高い値となる。そのため、マイクロコントローラ４は、光学像ぶれ検出部１６により、コントラストが規定値以下である、すなわち、ぶれの影響があると判断したときは、ステップＳ１０７に戻り、以上の処理を繰り返す。一方、コントラストが規定より大きい、すなわち、ぶれの影響が無いと判断したときは、マイクロコントローラ４は、以上の予備動作を終了し、そのときの試料Ｏのデジタル画像を撮像素子制御部５から取得して（撮影して）、画像メモリ１１に記憶し（ステップＳ１１５）、ステップＳ１００（ライブビュー動作）に戻る。
【００２４】
［第２モード］
一方、操作部９のモード選択ボタンで第２モードが選択されていると判断したときは、マイクロコントローラ４は、利得制御部１４のカメラゲインを予め決められた所定の値に設定する（ステップＳ１１０）。なお、上述のステップＳ１０５と同様に、カメラゲインはライブビュー動作のときよりも低くなるように設定される。次に、試料Ｏの像の輝度が、ステップＳ１００で測定されたときの値になるのように、ステップＳ１１０で設定されたカメラゲインの変化に対応させて露光時間を変化させ、露光時間調整部１３に設定する（ステップＳ１１１）。この場合も、ステップＳ１１０ではカメラゲインは低く設定されるため、このステップＳ１１１では露光時間が長くなるように設定される。
【００２５】
この状態でマイクロコントローラ４は、現在の露光時間を、所定の時間幅だけ短くして露光時間調整部１３に設定する（ステップＳ１１２）。露光時間を短くするとその分、試料Ｏの像の輝度が低下するため、マイクロコントローラ４は、ステップＳ１００で測定されたときの輝度になるように、ガメラゲインを増加させ露光時間調整部１３に設定する（ステップＳ１１３）。そして、この状態で、マイクロコントローラ４は、光学像ぶれ検出部１６により、撮像素子制御部５から出力されたデジタル画像を解析し、このデジタル画像に含まれるエッジを検出し、さらにこのエッジのコントラストを算出して、このコントラストが規定値内にあるか否かを判定する（ステップＳ１１４）。このステップＳ１１４におけるぶれの検出方法（コントラストの算出方法）は、上述の第１モードの場合と同様であり、その詳細は後述する。このステップＳ１１４において、マイクロコントローラ４は、光学像ぶれ検出手段１６により、コントラストが規定値以下である、すなわち、ぶれの影響があると判定したときは、ステップＳ１１２に戻って以上の処理を繰り返す。一方、コントラストが規定より大きい、すなわち、ぶれの影響が無いと判定したときは、マイクロコントローラ４は、以上の予備動作を終了し、そのときの試料Ｏのデジタル画像を撮像素子制御部５から取得して（撮影して）、画像メモリ１１に記憶し（ステップＳ１１５）、ステップＳ１００に戻る。
【００２６】
ところで、光学像ぶれ検出部１６において、撮像素子制御部５で撮影されたデジタル画像のコントラストからぶれの影響の有無を判定する（ぶれ量を検出する）方法について説明する。この顕微鏡カメラ１は、ライブビュー動作で表示部１０に表示されている試料Ｏのデジタル画像において、操作者がぶれの判定をしたい領域を、操作部９を操作して予め指定するように構成されている。そして、光学像ぶれ検出部１６は、撮像素子制御部５で取得されたデジタル画像の指定された領域において、その画像のエッジ部分を抽出し、そのエッジ部分のコントラストを算出する。このコントラストの算出方法としては、例えば、エッジ部分の輝度の最大値をＩmaxとし、最小値をＩminとしたとき、（Ｉmax−Ｉmin）／（Ｉmax＋Ｉmin）で求めることができる。上述したように、エッジのコントラストが低いほどぶれ量が大きいと判断できる。なお、マイクロコントローラ４は、操作者から指定されたエリア内で複数のエッジを検出したときは、それぞのれエッジにおけるコントラストの全てが規定値内にあるときに、ぶれの影響はないと判定する（ステップＳ１１５に進む）ように構成されている。
【００２７】
以上のように、本実施形態に係る顕微鏡カメラ１には、照明光量を調整して露光時間を短縮する処理を行う第１モードが設けられている。これにより、ぶれ防止のために露光時間を短くしてカメラゲインを増加させるとこの輝度に対する雑音成分の比率が大きくなり画質を悪化するような場合においても、ぶれが防止された画像を得られるようになっている。一方、ぶれ防止のために露光時間を短くして、照明光量を増加させることは消費電力の増加や被写体へのダメージを考慮すると望ましく無い場合がある。このような場合に、この顕微鏡カメラ１においては、ぶれの影響を軽減したデジタル画像を取得するために、露光時間を短縮するように構成されているが、カメラゲインを調整して露光時間を短縮する処理（第２モード）を備え、照明光量を調整して露光時間を短縮する処理（第１モード）と切り換え可能になっている。カメラゲインを調整する第２モードを選択すると、照明光量を現在の状態に維持したまま露光時間を短縮することができるので、例えば、この顕微鏡カメラ１の発熱及び消費電力を抑えることができる。そのため、この顕微鏡カメラ１を電池で駆動させることができ、手持ち撮影に対応させることができる。また、この第２モードでは照明光量を増加させないため、試料Ｏが生物の細胞等である場合に、照明光量の増加による試料Ｏへのダメージを少なくすることができる。但し、露光時間の減少に応じてカメラゲインを増加させるため、デジタル画像に重畳されるノイズも増幅されることとなり、このノイズの影響が大きくなる。一方、照明光量を調整する第１モードを選択すると、露光時間の短縮に応じて試料Ｏに照射される照明光量が増加するため、デジタル画像に重畳されるノイズの影響を少なくすることができる。但し、上述のようにこの顕微鏡カメラ１における発熱及び消費電力が増加し、また、試料Ｏにダメージを与える可能性が高くなる。また、いずれのモードにおいても、露光時間を短くすることにより試料Ｏの像のぶれを軽減させるため、ぶれを補正するために結像部２や撮像部３を稼動させる機構が不要となり、この顕微鏡カメラ１を軽量なものとすることができる。
【００２８】
なお、以上の説明では、第１及び第２モードの切り替えを、操作部９に設けられたモード選択ボタンの操作で行うように構成した場合について説明したが、撮影環境に応じて制御部であるマイクロコントローラ４が選択するように構成することも可能である。
【００２９】
また、光学像ぶれ検出部１６は、デジタル画像に対するぶれの影響の有無（ぶれ量）を、所定の領域内で検出されたエッジのコントラストで判定するように構成した場合について説明したが、ステップＳ１０７〜Ｓ１０９若しくはステップＳ１１２〜Ｓ１１４で行われる繰り返し処理において、ステップＳ１０９若しくはステップＳ１１４で取得したデジタル画像を一時的に記憶しておき、前回の処理で取得したデジタル画像と今回の処理で取得したデジタル画像のエッジのコントラストを記憶しておき、これらのコントラストの差が所定の値より小さくなったとき、ぶれの影響が無いと判断するように構成することも可能である。デジタル画像にぶれの影響があるときは、繰り返し処理毎にコントラストの値が変化するためである。あるいは、この顕微鏡カメラ１にジャイロ等を設け、機械的に試料Ｏの像のぶれを検出するように構成することも可能である。
【００３０】
また、以上の説明では、マイクロコントローラ４に格納されたプログラムにより、試料Ｏのデジタル画像の撮影の制御を行うように構成した場合について説明したが、これらの処理の全部若しくは一部を専用のＩＣチップとして構成しても良い。例えば、デジタル画像に対するぶれの影響の有無を検出する光学像ぶれ検出部１６は高速な処理が要求されるため、専用のＩＣチップとすることによりその効果が発揮される。
【符号の説明】
【００３１】
１  顕微鏡カメラ    ２  結像部    ３  撮像部
４  マイクロコントローラ（制御部）    ６  照明部    ７  照明調光部
８  測光部    １３  露光時間調整部    １４  利得制御部
１６  光学像ぶれ検出部    Ｏ  試料（被写体）
【図１】
2011002732.tif 000003
【図２】
2011002732.tif 000004