(57)【要約】【課題】撮像時に光量を調整しつつ色再現性の良い画像を得ること【解決手段】照明装置は、互いに異なる波長帯域の光を通過させる複数のフィルタ１３１〜１３３と、該フィルタを介して光源からの光を被照明面に導く光学ロッド１５０と、前記フィルタを切り替えることにより前記被照明面に導く光の波長帯域を選択し、かつ、前記フィルタを通過する光の割合を変化させることにより前記被照明面に導く光の光量を調整する制御部１０１０と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに異なる波長帯域の光を通過させる複数のフィルタと、
該フィルタを介して光源からの光を被照明面に導くインテグレータと、
前記フィルタを切り替えることにより前記被照明面に導く光の波長帯域を選択し、かつ、前記フィルタを通過する光の割合を変化させることにより前記被照明面に導く光の光量を調整する制御手段と、
を備えることを特徴とする照明装置。
【請求項２】
前記複数のフィルタの間に配置された遮光部と、前記複数のフィルタ及び前記遮光部を駆動する駆動手段と、を有し、前記制御手段は前記駆動手段を制御することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
【請求項３】
前記インテグレータと前記複数のフィルタの間に配置され、前記フィルタから射出された光を前記インテグレータに導光するファイバー束を更に有することを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
【請求項４】
前記インテグレータと前記被照明面との間に配置され、前記インテグレータを経た光を前記被照明面に結像する結像光学系を更に有することを特徴とする請求項３に記載の照明装置。
【請求項５】
照明条件を入力する入力手段を更に有し、
前記制御手段は、入力手段から入力された前記照明条件に従って前記割合を変化させることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の照明装置。
【請求項６】
前記照明条件は、前記被照明面に配置される標本の種類、染色体の種類および検査の種類の情報を少なくとも一つを含むことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
【請求項７】
互いに異なる波長帯域の光を通過させる複数のフィルタと、該フィルタを介して光源からの光を被照明面に導くインテグレータと、を有する照明光学系による照明を制御する照明制御方法であって、
前記照明制御方法は、前記フィルタを切り替えることにより前記被照明面に導く光の波長帯域を選択し、かつ、前記フィルタを通過する光の割合を変化させることにより前記被照明面に導く光の光量を調整することを特徴とする照明制御方法。
【請求項８】
光源と、
請求項１乃至６のうちいずれか１項に記載の照明装置と、
前記照明装置によって照明される被照明面に配置された被写体の光学像を形成する撮影光学系と、
前記撮影光学系によって形成された前記被写体の前記光学像を光電変換する撮像素子と、
を有し、
複数の波長帯域で撮像された前記被写体の画像を合成することを特徴とする撮像装置。
【請求項９】
前記複数の波長帯域で前記被写体を撮像する際に前記光源の出力は一定であることを特徴とする請求項８に記載の撮像装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、照明装置、照明制御方法および撮像装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、検体全体から細胞組織に至る外形情報を電子化して画像データとし、モニターに拡大・縮小を含めて表示させることができる撮像装置が注目されている。微細な構造を観察するために、例えば、標本を１０倍から１００倍程度に拡大し、拡大画像を撮像し、撮像した画像をつなぎ合わせ、一枚の標本画像を作製する。この種の撮像装置では、広画角を高画質でかつ短時間で撮像することが要求される。高画質な画像とは、解像度が高く、色再現性もよく、適切な像コントラストを持った画像を意味する。
【０００３】
高画質な画像を得るため、標本の染色状態に合わせて光量調整しつつ、ＲＧＢ面順次式で照明・撮像する方法がある。この場合、光源の光量を変えて光量調整を行うと、射出光のスペクトル分布が変化するため、撮像時の画像の色温度が想定と異なる場合がある。そこで、特許文献１は、色温度が変化しないように、光源にＬＥＤを用い、ＬＥＤの通電パルス幅を変化させることで、光量調整を行う方法を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４１１５７０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ＬＥＤは、応答性が良いためにパルス発光に適した光源であるが、射出光の波長帯域幅が図７に示すように狭いため、ＲＧＢ面順次式の照明および撮像をしても、色再現性の良い画像を得にくい。複数の波長帯域で撮像しつつ色再現性のよい画像を得るためには、可視光域全体に対して図８に示すようにある程度の波長帯域を重複させて照明および撮像する方が、画像処理時により良好な画像を得やすい。
【０００６】
本発明は、撮像時に光量を調整しつつ色再現性の良い画像を得ることが可能な照明装置、照明制御方法および撮像装置を提供することを例示的な構成とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の照明装置は、互いに異なる波長帯域の光を通過させる複数のフィルタと、該フィルタを介して光源からの光を被照明面に導くインテグレータと、前記フィルタを切り替えることにより前記被照明面に導く光の波長帯域を選択し、かつ、前記フィルタを通過する光の割合を変化させることにより前記被照明面に導く光の光量を調整する制御手段と、備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、撮像時に光量を調整しつつ色再現性の良い画像を得ることが可能な照明装置、照明制御方法および撮像装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の撮像装置のブロック図である。（実施例１）
【図２】図１に示す光学ロッドの効果を表す断面図である。（実施例１）
【図３】図１に示すフィルタユニットを表す平面図である。（実施例１）
【図４】図１に示す波長帯域制限フィルタの駆動と光束の関係を表す平面図である。（実施例１）
【図５】図４に示すフィルタユニット駆動時の被照明面照度の関係を表す図である。（実施例１）
【図６】本発明の撮像装置のブロック図である。（実施例２）
【図７】代表的なＬＥＤの波長帯域を表す図である。
【図８】理想的なＲＧＢ面順次撮像時の各波長帯域を表す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本実施形態の撮像装置は、ＲＧＢを使用した撮像に限定されないが、以下では、便宜上ＲＧＢフィルタを使用する場合について説明する。図８に示すような波長帯域を重畳させて照明および撮影するためには、可視光の連続的な波長の光（例えば、白色光）を射出する光源を使用して、白色光からＲＧＢ光に対応する波長を切り出すことが好ましい。
【００１１】
この場合、白色光の光路に、Ｒ光を透過して他の波長の光を遮光するＲフィルタ、Ｇ光を透過して他の波長の光を遮光するＧフィルタ、Ｂ光を透過して他の波長の光を遮光するＢフィルタを順に配置して標本を照明および撮像することになる。撮像される画像の色温度を維持するために光源の光量を一定にすることが好ましい。しかしながら、例えば、Ｒフィルタを通過したＲ光の光量が設定値よりも大きい場合の調整方法が問題となる。
【００１２】
以下の実施例では、光量の調整を、フィルタを切り替える際の光量の立ち上がりまたは立ち下がりを利用することにより行っている。
【実施例１】
【００１３】
図１は、実施例１の撮像装置１Ａのブロック図である。撮像装置１Ａは、光源１１０からの光で被照明面２２０を照明する本体の照明光学系１００Ａと、標本（被写体）を保持する標本部２００と、被照明面上の標本の光学像を形成する本体の撮影光学系３００と、撮像部４００と、計測光学系５００を有する。標本は観察対象物であり、被照明面に配置される。
【００１４】
照明光学系１００Ａ、撮影光学系３００、撮像部４００を含む系をまとめて「（本体の）撮像系」と称する。また、照明光学系１００Ａと、照明光学系１００Ａによる照明を制御する制御系（制御部１０１０、画像表示手段１０２０、記憶手段１０３０）を「照明装置」と称する。
【００１５】
標本部２００は、標本ステージ２１０によって、撮像系と計測光学系５００の間を往来することができ、かつ光軸方向や光軸と垂直な方向、もしくは光軸に対して傾くように駆動することができる。
【００１６】
計測光学系５００では、標本は計測用照明系５１０より照明されつつ、計測用撮像系５２０による撮像・透過率計測によって、標本の位置や撮像されるべき標本の大きさ・画角・染色具合等が計測される。
【００１７】
標本部２００は、計測光学系５００で得た撮像位置や画角の情報に従って、本体の撮像系において撮像されるべき画角へと駆動され、計測光学系５００で得た標本の透過率の情報に従って、適切な撮像条件が設定された撮影光学系３００で撮像される。
【００１８】
撮影光学系３００は、標本部２００と撮像部４００の撮像素子４１０が略共役関係となるよう配置されており、標本の厚さに応じて標本ステージ２１０を微小駆動しながら標本を撮像する。撮像素子４１０は、撮影光学系３００が形成した標本の光学像を光電変換する。
【００１９】
制御部１０１０は、パーソナルコンピュータから構成され、複数の波長帯域で撮像された標本の画像を合成する。画像表示手段１０２０は、ディスプレイ等の表示手段であり、制御情報、入力された情報、撮像された画像、記憶手段１０３０に記憶されている情報を表示する。記憶手段１０３０は、照明制御方法を含む必要なプログラムやデータを記憶し、ＨＤＤや半導体メモリから構成されている。
【００２０】
撮像の手順としては、標本は、不図示の外部標本カセットから計測光学系５００に位置する標本部２００へと搬入され、各種計測を行った後に、撮影光学系３００に標本部２００が駆動し、撮像系で撮像される。
【００２１】
そして、標本ステージ２１０を駆動して画角調整しながら、ＲＧＢ面順次式での照明・撮像を計測光学系で決定した範囲で複数回行い、各画像データを制御部（制御手段）１０１０でつなぎ合わせ、画像を記憶手段１０３０に格納する。また、制御部１０１０は、被写体の画像を画像表示手段１０２０に表示してもよい。この際の計測光学系での画角決定や位置調整や透過率計測の計算、標本ステージ移動や光源調整、標本ステージ移動と撮像タイミング制御などは、制御部１０１０が行う。
【００２２】
次に、高解像かつ色再現性の良い画像を得るための照明光学系１００Ａの構成について示す。
【００２３】
光源１１０は、ハロゲンランプ、キセノンランプ等の可視光域を含む波長帯域の広い白色光を発する光源で、図１ではミラー１１５で平行化して射出する。
【００２４】
光源１１０からの射出光は、赤外線カットフィルタ１２０で赤外線が除かれ、フィルタユニット１３０にて所望の波長帯域に制限されつつ光量調整され、拡散板１４０で拡散され、光学ロッド１５０に入射する。
【００２５】
光学ロッド１５０は、拡散板１４０から放射される光束を、側面に漏らすことなく導光し、その射出端面で均一な照明面を形成する光学部材である。光学ロッドは、入射光の光強度分布を均一にするインテグレータの一例であり、ハエの目レンズなど他のインテグレータを使用することも可能である。光学ロッド１５０は、フィルタを介して光源１１０からの光を被照明面に導く。
【００２６】
図２は、光学ロッド１５０の重畳効果を説明するための断面図である。光学ロッド１５０は、長さがＬ、ロッド端一辺の長さが２ｒの正方形の直方体となっている。
【００２７】
ここで、角度をもった光がロッド端面ａの中心点Ｐ０に入射する場合のみを考える。光線が光軸に対してαの角度でロッド端面ａに入射し、ロッド内で光軸に対してα’の角度で進行するならば、αとα’にはｓｉｎα＝ｎｓｉｎα’（ただし、空気中の屈折率を１、ロッドの屈折率をｎとする）の関係がある。
【００２８】
ロッド内での光線角度α’に着目するとき、０≦α’＜α１であれば、光線はロッド側面に当たることなくロッドのもう一方の端ｂに到達する。ロッド端面ｂから見た場合、この光線は点Ｐ０からのみ発せられたように見える。
【００２９】
α’≧α１の場合は、光線はロッド側面に当たり、全反射する。光線角度α’がα１≦α’＜α２の場合、光線はロッド側面で１回だけ全反射するが、ロッド端面ｂから見た場合、この光線は点Ｐ１から発せられたように見える。つまりＰ０とは異なる点から光が発せられ、ロッド端面ｂを照明しているように見える。光線角度α’がα２≦α’＜α３の場合、光線はロッド端面で２回全反射するが、ロッド端面ｂから見た場合、この光線は点Ｐ２から発せられたように見える。つまりＰ０やＰ１とは異なる点から光が発せられ、ロッド端面ｂを照明しているように見える。
【００３０】
このように反射回数が増すごとに、ロッド端面ｂを照明する虚像が増えることになり、複数の点から照明されていることになるため、結果としてロッド内の反射回数が増すごとに、ロッド端面ｂでの照度は均一度を増すことになる。定性的には、α’が大きいほど、ｒが小さいほど、またＬが大きいほど反射回数が増える。
【００３１】
ただし、内面反射により射出面で照度を均一化できるものであれば、図２の例のようなガラス状のロッドでなくともよい。たとえば、矩形の空洞部を形成した金属性のロッドに光を入射させると、空洞部内部では側面でのミラーの働きにより複数回反射が起こり、空洞部射出面で均一な照度の面を形成できる。また、ロッドは直方体であるため、入射端側での光の入射角特性は、射出端側で均一に整形しつつ、光軸に対する最大射出角は保存される。
【００３２】
以上が、光学ロッド１５０が、内面反射により、ロッド側面で光を漏らさず、ロッド射出面で均一な照度の面を形成するしくみである。
【００３３】
上述の重畳効果により光学ロッド１５０の射出面の照度は均一となるが、射出面からの射出光は、結像光学系１６０にて、適切な倍率βで転写され、被照明面２２０を均一な照度で照明する照明光となる。結像光学系１６０は光学ロッド１５０と被照明面との間に配置され、光学ロッド１５０を経た光を被照明面に結像する。
【００３４】
結像光学系１６０は、照明面Ｂで撮像に必要な均一性が得られるのであれば、標本面Ｂと面Ａとが完全に共役な位置に配置されている必要は無く、略共役な位置に配置されていればよい。
【００３５】
図３（ａ）は、フィルタユニット１３０の平面図であり、図３（ｂ）は、別のフィルタユニット１３０の平面図である。
【００３６】
フィルタユニット１３０は、波長帯域制限フィルタ１３１、１３２、１３３と、それを保持する遮光部１３４と、駆動手段１３７と、を有する。複数の波長帯域制限フィルタ１３１〜１３３は、それぞれ異なる波長帯域の光を通過させるフィルタであり、光束が各々を透過する。例えば、波長帯域制限フィルタ１３１はＲフィルタ、波長帯域制限フィルタ１３２はＧフィルタ、波長帯域制限フィルタ１３３はＢフィルタである。遮光部１３４は、光源１１０からの光を遮光し、複数のフィルタの間に配置されている。駆動手段１３７は、波長帯域制限フィルタ１３１〜１３３と遮光部１３４を駆動し、光源１１０からの光に対するフィルタユニット１３０の位置を変化させる。駆動手段１３７による駆動は、制御部１０１０によって制御される。制御部１０１０は、フィルタを切り替えることにより被照明面に導く光の波長帯域を選択し、かつ、フィルタを通過する光の割合を変化させることにより被照明面に導く光の光量を調整する。
【００３７】
図３（ａ）では矢印に示す回転方向にフィルタユニット１３０が駆動され、図３（ｂ）では図３（ｂ）の矢印に示す一軸直線方向にフィルタユニット１３０が駆動されることで、光路上に配置される波長帯域制限フィルタを選択する。
【００３８】
図４は、光源発光時におけるフィルタユニット１３０と光路の関係を示す平面図であり、光軸と垂直な方向（＋Ｙ方向）から見た図である。図４において、光源からの光束１３５（円形で示す部分）は、フィルタユニット１３０上の波長帯域制限フィルタ１３１を通過する様子を示しており、また十字の点線部の交点は光軸中心を表す。
【００３９】
光学ロッド１５０に入射する間の光路で、フィルタユニット１３０によって遮光されないように配置される場合、光源からの光を最も有効に照明光として利用している（図４（ａ））。
【００４０】
図４（ａ）に示す位置からフィルタユニット１３０を回転し、光源１１０からの光１３５がフィルタユニット１３０によって部分的に遮光されるように配置すると（図４（ｂ））、光学ロッド１５０に入射する光量は減少する。本実施例の光量調節方法は図４（ｂ）に示す状態を利用している。
【００４１】
即ち、制御部１０１０は、駆動手段を介して、波長帯域制限フィルタ１３１〜１３３を切り替えることによって照明光に使用される光源１１０からの光の波長帯域を選択する。また、制御部１０１０は、光源１１０からの光が照射される部分の波長帯域制限フィルタ１３１、１３２または１３３と遮光部１３４の割合を変化させることによって光量を調整する。
【００４２】
図４（ｂ）の状態では光を非対照に遮光しているが、光学ロッド１５０より前段で遮光しているため、被照明面の分布への影響は、撮像で問題にはならない程度に小さい。よって、図４（ｂ）の場合の被照明面分布は、図４（ａ）の場合の被照明面分布と比較して、被照明面全体の照度は下がるものの、照度均一性はほぼ同等となる。
【００４３】
このままフィルタユニット１３０を時計回りに回転していくと、図４（ａ）に示す状態を経て射出光は完全に遮光され、さらに回転すると、波長帯域制限フィルタ１３２が光路上に配置される。このため、別の波長帯域での光が光学ロッド１５０に入射する。
【００４４】
光源１１０の出力を一定に維持し、波長帯域制限フィルタ１３１・１３２・１３３を透過する光の波長を波長帯域１・２・３として、フィルタユニット１３０の駆動量と各波長帯域での光量を図示すると、図５に示すようになる。図５において横軸はターレットの駆動量であり、縦軸は光量である。
【００４５】
図５に示す関係を予め記憶手段１０３０に保存しておくことによって、制御部１０１０は撮像に適した露光量で照明できることになる。光源１１０の出力を一定に維持しているので、撮像時の画像の色温度を維持することができる。
【００４６】
本実施例の撮像装置における光量調整方法においては、図５に示す立ち上がりまたは立ち下りを利用している。図５の波長帯域１を例に説明すると、ピークのフラットな光量は入射光束が図４（ａ）に示す状態にある時に得ることができる。この光量が高すぎる場合には、立ち上がりまたは立ち下りを利用する。即ち、図４（ｂ）に示すように、入射光束の一部を遮光部１３４で遮光する。
【００４７】
記憶手段１０３０は、標本の種類や染色液の種類に適した波長特性に対応するＲＧＢ光の光量情報を記憶している。また、図４（ｂ）の状態を得るために、出荷時に光量情報に対応したターレットの角度情報や図３（ｂ）の場合の駆動量の情報を合わせて保存してもよい。この場合、制御部１０１０は、フィルタユニット１３０の各フィルタを選択する際に記憶手段１０３０に記憶された角度情報を用いて不図示の駆動手段を制御することによって図４（ｂ）に示す状態を得ることができる。あるいは、光路に挿入および光路から退避が可能に構成された不図示の光量センサを照明位置に配置し、制御部１０１０が光量センサが検出した実際の光量と記憶手段１０３０に記憶された光量情報に基づいてフィルタユニット１３０の角度を決定してもよい。その後、角度情報は記憶手段１０３０に格納される。
【００４８】
光量情報や角度情報は、標本の種類、染色液の種類、検査の種類、その他の撮像条件（あるいは照明条件）ごとに設定されてもよい。このため、コンピュータなどの制御部１０１０にはキーボード、マウス、その他のポインティングデバイスなどの入力手段が接続され、記憶手段１０３０に記憶されたプログラムに従って、使用者が入力した撮像条件（照明条件）に対応した光量調整がなされる。即ち、制御部１０１０は、入力手段から入力された撮像条件（照明条件）に従って光源１１０からの光が照射される部分（図４の光束１３５の領域）の波長帯域制限フィルタと遮光部１３４の割合を変化させる。上述したように、照明条件は、標本の種類、染色体の種類および検査の種類の情報を少なくとも一つ含んでもよい。制御部１０１０による照明光学系１００Ａによる照明を制御する照明制御方法は、コンピュータに実行させるためのプログラムとして具現化されてもよい。
【００４９】
このように、光量調整は、波長帯域制限フィルタ保持部としての遮光部１３４を利用して行う。光源１１０の出力を一定に保つようにしており、光源１１０からの射出光の波長帯域が変化しないため、波長帯域が変わらないまま光量調整が可能となる。波長帯域をある程度重畳させることによって、図８に示す光量分布を得ることができる。
【実施例２】
【００５０】
図６は、実施例２の撮像装置１Ｂのブロック図であり、照明光学系１００Ａの代わりに照明光学系１００Ｂを使用する点で実施例１の撮像装置１Ａとは相違する。照明光学系１００Ｂは、フィルタユニット１３０と光学ロッド１５０の間、より詳細には、拡散板１４０と光学ロッド１５０の間にファイバー束１４５を有する点で照明光学系１００Ａと相違する。ファイバー束１４５はフィルタユニット１３０から射出された光を光学ロッド１５０に導光する。
【００５１】
フィルタユニット自体で照明面を均一に照明ながら波長帯域を制限しかつ光量調整ができるならば、図１の光学系以外でもよく、例えば、インテグレータの前段に、光路を制限する光学系があってもよいし、波長帯域制限フィルタ各々に絞りがついていてもよい。
【００５２】
光学ロッド１５０への入射光の入射角は射出面でも保存されるが、結像光学系１６０で取り込める入射光の角度には制限があり、結像光学系１６０が取り込めない光は照明面で不要なフレア等になる。一方、ファイバー束１４５は、その入射端に対して取りこめる光の角度に制限がある。ファイバー束１４５もインテグレータの一例である。
【００５３】
本実施例は、ファイバー束１４５によって光学ロッド１５０への入射角を制限することで、結像光学系１６０へ入射する光を制限し、被照明面２２０でフレアとして表れやすい照度むらを抑制している。また、ファイバー束１４５を引き回して光学ロッド１５０に導光しているため、光源１１０を図１とは別の場所に配置することができる。
【００５４】
以上、本実施例では、実施例１と同様の作用を奏すると共に、被照明面２２０における照度むらを抑制することができる。さらに、光量調整と波長帯域の変更を同時に行うことができるため、撮像時間を短縮する効果も得られる。
【００５５】
以上、本実施例について説明したが、本発明は本実施例に限定されず、その要旨の範囲内で種々の変形及び変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
撮像素子は、例えば、顕微鏡の分野に適用することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１Ａ、１Ｂ…撮像装置１Ａ００Ａ，１００Ｂ…照明光学系、１１０…光源、１３０…フィルタユニット、１３１〜１３３…波長帯域制限フィルタ、１５０…光学ロッド（インテグレータ）、１０１０…制御部（制御手段）、１０３０…記憶手段
【図２】
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【図５】
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【図１】
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【図３】
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【図４】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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