(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対物レンズを含み、該対物レンズの開口数と、結像倍率とが連動して変化する観察光学系と、
該観察光学系の結像面に配置され被写体の像を撮影する撮像部と、
該撮像部により取得された画像にデジタル倍率を乗算して拡大または縮小処理する画像処理部と、
該画像処理部により処理された前記画像を表示する表示部と、
観察者に、前記画像の前記表示部への表示倍率と前記対物レンズの焦点深度とを入力させる入力部と、
該入力部により入力された焦点深度に基づいて該焦点深度に対応する前記観察光学系の結像倍率を算出し、その算出結果に基づいて前記観察光学系の結像倍率を調節する光学系調節部とを備え、
前記画像処理部が、前記入力部により入力された表示倍率と前記光学系調節部により算出された結像倍率とに基づいて前記デジタル倍率を設定する顕微鏡システム。
【請求項２】
前記観察光学系がズーム光学系を備える請求項１に記載の顕微鏡システム。
【請求項３】
前記画像処理部が、前記入力部により入力された表示倍率で表示部に画像が表示されるようにデジタル倍率を調節した後に、表示倍率が一定となるように、デジタル倍率および結像倍率を連動して調節する請求項１または請求項２に記載の顕微鏡システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、顕微鏡システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、２つの観察光軸にそれぞれ開口絞りを有する実体顕微鏡が知られている（例えば、特許文献１参照。）。この実体顕微鏡における開口絞りは、観察光学系の瞳位置に配置されるとともに、左右連動して開閉されることにより、観察像の焦点深度を調節するようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１０２５３５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の実体顕微鏡では、左右２つの開口絞りを連動して開閉する複雑な構成を有し、装置が大型化するという問題がある。また、開口絞りにより焦点深度を調節する方法では、ズーム光学系によって倍率を高くしていくと、開口絞りを通過する光束径が細くなるため絞りの効果が得られなくなるという不都合もある。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであって、開口絞りを用いることなく、表示倍率と焦点深度とを独立して調節することができる顕微鏡システム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】
【０００５】
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、対物レンズを含み、該対物レンズの開口数と、結像倍率とが連動して変化する観察光学系と、該観察光学系の結像面に配置され被写体の像を撮影する撮像部と、該撮像部により取得された画像にデジタル倍率を乗算して拡大または縮小処理する画像処理部と、該画像処理部により処理された前記画像を表示する表示部と、観察者に、前記画像の前記表示部への表示倍率と前記対物レンズの焦点深度とを入力させる入力部と、該入力部により入力された焦点深度に基づいて焦点深度に対応する前記観察光学系の結像倍率を算出し、その算出結果に基づいて前記観察光学系の結像倍率を調節する光学系調節部とを備え、前記画像処理部が、前記入力部により入力された表示倍率と前記光学系調節部により算出された結像倍率とに基づいて前記デジタル倍率を設定する顕微鏡システムを提供する。
【０００６】
本発明によれば、対物レンズを介して集光された被写体からの光が観察光学系によって撮像部の結像面に集光され、撮像部により被写体の像が撮影される。撮像部により取得された被写体の像は、画像処理部においてデジタル倍率が乗算されて拡大または縮小処理され、処理された画像が表示部に表示される。
【０００７】
表示部により表示された画像を見た観察者が入力部を介して、表示倍率および焦点深度を入力すると、入力された焦点深度に基づいて光学系調節部が観察光学系の結像倍率を算出して調節し、入力された表示倍率と算出された結像倍率とに基づいて画像処理部によりデジタル倍率が設定される。これにより、開口絞りを用いることなく、所望の焦点深度を確保しつつ、所望の表示倍率で被写体の画像を観察することができる。
【０００８】
上記発明においては、前記観察光学系がズーム光学系を備えていてもよい。
このようにすることで、光学系調節部による観察光学系の結像倍率の調節が、ズーム光学系を用いて連続的に行われ、所望の表示倍率と焦点深度とを精度よく達成することができる。
【０００９】
また、本発明の参考例としての発明においては、前記画像処理部が、観察開始時に、調節範囲の中間値のデジタル倍率を有していてもよい。
このようにすることで、入力部により入力された表示倍率が表示部に表示されている表示倍率のままの状態でも、表示倍率を変化させることなく、焦点深度を深くすることも浅くすることもできる。
【００１０】
すなわち、光学系調節部により観察光学系の結像倍率を増大させる一方、画像処理部によりデジタル倍率を減少させることによって表示倍率を変化させずに焦点深度を浅くすることができる。逆に、光学系調節部により観察光学系の結像倍率を減少させる一方、画像処理部によりデジタル倍率を増大させることによって表示倍率を変化させずに焦点深度を深くすることができる。
【００１１】
観察開始時においてデジタル倍率が下限または上限の場合には、光学系調節部により結像倍率を変化させて焦点深度を変化させると、表示倍率も変化してしまう場合が発生し、表示された画像によって所望の焦点深度となったか否かを観察者が判断し難い。本発明によれば、表示された画像上において焦点深度のみを変化させることができ、観察者が容易に所望の焦点深度となったことを容易に確認することができる。
【００１２】
また、上記発明においては、前記画像処理部が、前記入力部により入力された表示倍率で表示部に画像が表示されるようにデジタル倍率を調節した後に、表示倍率が一定となるように、デジタル倍率および結像倍率を連動して調節してもよい。
このようにすることで、表示された画像上において焦点深度のみを変化させることができ、観察者が容易に所望の焦点深度となったことを容易に確認することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、開口絞りを用いることなく、表示倍率と焦点深度とを独立して調節することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係る顕微鏡システムを示す全体構成図である。
【図２】図１の顕微鏡システムにおける観察光学系の結像倍率と開口数との関係を示すテーブルである。
【図３】図１の顕微鏡システムにおける表示倍率の変化範囲の一例を示す図である。
【図４】図１の顕微鏡システムによる観察方法を説明するフローチャートである。
【図５】図２のテーブルの変形例を示す図である。
【図６】図１の顕微鏡システムによる観察方法の変形例を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係る顕微鏡システムについて、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１は、図１に示されるように、被写体Ａからの光を集光する観察光学系２と、該観察光学系２により集光された光を撮影をして被写体Ａの画像を取得する撮像素子（撮像部）３と、該撮像素子３により取得された画像を処理する画像処理部４と、該画像処理部４により処理された画像を表示するモニタ（表示部）５と、観察者が焦点深度Ｄおよび表示倍率βを入力する入力部６とを備えている。符号７は被写体Ａを搭載するステージである。
【００１６】
また、本実施形態に係る顕微鏡システム１は、入力部６により入力された焦点深度Ｄに基づいて観察光学系２の結像倍率β１を算出して、観察光学系２の結像倍率β１を調節する制御部（光学系調節部）８を備えている。
制御部８は、例えば、図２に示されるような結像倍率β１と開口数ＮＡとの関係を示すテーブルを記憶している。そして、入力部６により焦点深度Ｄが入力されると、入力された焦点深度Ｄから次式（１）により、開口数ＮＡを算出し、テーブルを用いて結像倍率β１を決定するようになっている。
Ｄ＝１．２×λ／ＮＡ２                  （１）
ここで、λは、照射する光の波長（μｍ）である。
【００１７】
観察光学系２は、被写体Ａからの光を集光する対物レンズ９と、該対物レンズ９により集光された光を集光して撮像素子３の撮像面に結像させる結像レンズ１０と、ズーム光学系１１とを備えている。ズーム光学系１１は、例えば、アフォーカルズーム光学系であって、光軸方向に移動する１以上のズームレンズ１１ａと、該ズームレンズ１１ａを独立して移動させる移動機構１１ｂとを備えている。移動機構１１ｂの作動により、ズーム光学系１１の１以上のズームレンズ１１ａを独立して光軸方向に移動させることにより、撮像素子３の撮像面に集光させる光の結像倍率β１と開口数ＮＡとを連動して連続的に変化させることができるようになっている。
撮像素子３は、例えば、ＣＣＤあるいはＣＭＯＳのような２次元撮像素子である。
【００１８】
入力部６は、例えば、マウスやキーボード等であり、観察者が、モニタ５への表示倍率と対物レンズ９の焦点深度Ｄとを入力することができるようになっている。
表示倍率βは、数値を直接入力することにしてもよいし、ＧＵＩによってモニタ５上に表示されたスライダやスイッチ（図示略）を操作して入力することにしてもよい。あるいは、モニタ５上に表示されている画像の範囲を選択し、選択された範囲の大きさと現在表示されている画像の大きさとの比から表示倍率βを計算することにしてもよい。
【００１９】
焦点深度Ｄは、モニタ５上に現在表示されている画像の焦点深度と比較して何倍深くするか等の情報を、数値を直接入力することにしてもよいし、ＧＵＩによってモニタ５上に表示されたスライダやスイッチ（図示略）を操作して入力することにしてもよい。あるいは、基準となる焦点深度に対して何倍深くするかを入力してもよい。
【００２０】
画像処理部４は、入力部６により入力された表示倍率βと、制御部８により算出された結像倍率β１とに基づいて、次式（２）によりデジタル倍率β２を算出するようになっている。
β２＝β／β１        （２）
【００２１】
そして、画像処理部４は、算出されたデジタル倍率β２を用いて撮像素子３により取得された画像にデジタル倍率β２を乗算して拡大処理または縮小処理するようになっている。
【００２２】
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡システム１の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡システム１において、所望の焦点深度Ｄおよび表示倍率βを達成するには、図４に示されるように、波長λの照明光を照射し、被写体Ａから戻る光を対物レンズ９により集光し、結像レンズ１０により撮像素子３の撮像面に結像させる（ステップＳ１）。
【００２３】
これにより、被写体Ａの画像が取得されるので、画像処理部４が、初期値として設定されているデジタル倍率β２を画像に乗算して拡大または縮小処理を行い、処理された画像がモニタ５に表示される（ステップＳ２）。
【００２４】
観察者は、モニタ５に表示された画像を確認し、所望の表示倍率βおよび焦点深度Ｄを入力部６から入力する（ステップＳ３）。表示倍率βおよび焦点深度Ｄは、例えば、モニタ５に表示されている画像に対し何倍の表示倍率βおよび何倍の焦点深度Ｄを所望しているかを入力するものとする。
【００２５】
ここで、ズーム光学系１１が、図２に示されるように、結像倍率β１＝０．５〜５倍、開口数ＮＡ＝０．０５〜０．５に変化し、デジタル倍率β２が１〜３倍に変化可能であるとすると、取り得る表示倍率βと開口数ＮＡとの関係は、図３に示される斜線の範囲となる。
そして、初期の結像倍率β１を２倍、開口数ＮＡ＝０．２、デジタル倍率を１倍（図中Ｐ１の位置）とすると、表示倍率βは２倍であり、焦点深度Ｄは１５μｍとなる。
【００２６】
観察者が、表示倍率βを２倍のままとして焦点深度Ｄを４倍の６０μｍに設定することを入力部６から入力した場合には、制御部８が上記式（１）を用いて開口数ＮＡを算出し、
ＮＡ＝０．１
（図中Ｐ２の位置）となる（ステップＳ４）。
【００２７】
これにより、制御部８は、開口数ＮＡ＝０．１となるように観察光学系２のズーム光学系１１を調節する。すなわち、観察光学系２の結像倍率β１は、図２のテーブルから１倍となるので（ステップＳ５）、制御部８は、結像倍率β１が１倍となるように観察光学系２を調節することになる（ステップＳ６）。
そして、画像処理部４が、制御部８により算出された結像倍率β１＝１倍と、入力部６から入力された表示倍率β＝２倍とに基づいて、式（２）によりデジタル倍率β２を算出する（ステップＳ７）。これによりデジタル倍率β２は２倍となるので、画像処理部４は、撮像素子３により取得された画像にデジタル倍率β２を乗算して（ステップＳ８）、モニタ５に表示する（ステップＳ９）。
【００２８】
このように、本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、開口絞りを使用することなく、所望の表示倍率βと焦点深度Ｄとを独立して達成することができるという利点がある。
また、本実施形態に係る顕微鏡システム１によれば、観察光学系２の結像倍率β１の調節をズーム光学系１１によって連続的に行うので、任意の表示倍率βと焦点深度Ｄとを選択することができるという利点がある。
【００２９】
なお、本実施形態においては観察光学系２がズーム光学系１１によって結像倍率β１を連続的に変化させる場合について説明したが、これに代えて、レボルバ等によって複数の対物レンズ９の中から選択した１つの対物レンズ９を光路上に挿入することにより、結像倍率β１を断続的に変化させることにしてもよい。この場合、結像倍率β１と開口数ＮＡとの関係は図５のようなテーブルに従って変化する。
【００３０】
また、本実施形態においては、初期のデジタル倍率β２が１倍である場合を例示したが、これに代えて、１倍より大きな倍率を有していることが好ましい。そして、入力部６から表示倍率βおよび焦点深度Ｄが入力された場合には、まず、デジタル倍率β２を変化させることで、所望の表示倍率βを達成し（図６におけるＰ１〜Ｐ２）、その後、その表示倍率βが維持されるように、デジタル倍率β２および結像倍率β１を同期して変化させる（Ｐ２〜Ｐ３）ことが好ましい。
【００３１】
このようにすることで、モニタ５上に表示される画像の表示倍率βはそのままで、焦点深度Ｄのみを変化させることができ、所望の焦点深度Ｄが得られたか否かを観察者が容易に判断することができるという利点がある。
また、初期のデジタル倍率β２を１倍より大きな値に設定しておくことにより、入力された表示倍率βを達成する際のデジタル倍率β２の変化を、拡大または縮小のいずれの方向にも行うことができ、表示倍率βを維持しつつ、モニタ５上の画像において焦点深度Ｄを変化させることができる。
【００３２】
また、入力された焦点深度Ｄから求められた開口数ＮＡを達成可能な観察光学系２の結像倍率β１が存在しない場合には、観察光学系２がとり得る一番近い開口数ＮＡとなるように観察光学系２を調節したり、ユーザに対してエラーを報知したりすればよい。
同様に、算出された観察光学系２の結像倍率β１と表示倍率βとから算出されるデジタル倍率β２が、取り得るデジタル倍率β２の中に存在しない場合には、一番近い値に設定するか、ユーザに対してエラーを報知すればよい。
【００３３】
また、入力部６から焦点深度Ｄそのものの値を入力する場合について説明したが、これに代えて、焦点深度を何倍にするかの倍数Ｅを入力することにしてもよい。
この場合には、以下の式（２）により開口数ＮＡを求めることができる。
ＮＡ＝１／√Ｅ×ＮＡ’
ここで、ＮＡ’は現在の開口数ＮＡである。
【符号の説明】
【００３４】
Ａ  被写体
１  顕微鏡システム
２  観察光学系
３  撮像素子（撮像部）
４  画像処理部
５  モニタ（表示部）
６  入力部
８  制御部（光学系調節部）
９  対物レンズ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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