(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示装置画面上に、観察対象物の映像と、キャラクタ表示の仮想スケールとを重ね合わせて表示することを特徴とするスケール表示方法。
【請求項２】
前記仮想スケールは、直線形のキャラクタをスケール線、十字線形のキャラクタをスケール目盛りとしてこれらをつなぎ合わせることにより構成されたものであることを特徴とする請求項１記載のスケール表示方法。
【請求項３】
前記仮想スケールの目盛り間隔は、前記表示装置画面の表示倍率との相関により決定されることを特徴とする請求項１又は２記載のスケール表示方法。
【請求項４】
前記直線形および十字線形のキャラクタは、前記表示装置画面の分解能に応じた画素数のキャラクタサイズ単位において、各画素を通過する全パターンについて作成され、このキャラクタ群の中から所望の位置に直線や交点を持つキャラクタを選択してつなぎ合わせることにより仮想スケールを構成することを特徴とする請求項２又は３記載のスケール表示方法。
【請求項５】
前記直線形および十字線形のキャラクタは、前記表示装置画面の分解能に応じた画素数のキャラクタサイズ単位において、少なくとも１画素を通過する全パターンについて作成され、このキャラクタ群の中から所望の位置にスケール線や交点を持つキャラクタを選択してつなぎ合わせることにより所望の目盛り間隔の仮想スケールを構成し、該仮想スケールを前記表示装置画面上の重ね合わせて表示する際に、前記表示装置画面のキャラクタ描画位置を決定するコントローラの垂直同期信号、または水平同期信号、または垂直同期信号と水平同期信号の両方、を遅延させることにより、前記表示装置画面上の所望の位置に前記仮想スケールを表示させるようにしたことを特徴とする請求項２又は３記載のスケール表示方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡等の視野内に存在する対象物の大きさを測定したり、或いはマニピュレータ等の操作時に作業腕の移動距離等を計測するために用いられるスケールに関する。
【０００２】
【従来の技術】
建築物等の解体等の人手に余る巨大対象物の作業や、原子力関係のペレットや高温溶融金属のるつぼの搬送等の人手には危険な作業、或いは細胞の操作や工業材料等から微細な異物を取り出すマイクロサンプリング等の微細過ぎて人手には操作困難な作業を行うために、人手に代わる操作腕に保持具や操作針等を装備して、操作観察用顕微鏡等の映像をＣＲＴ画面上で確認しつつ操作するマニピュレータシステムが種々実用化されている。例えば、細胞にＤＮＡ溶液の注入処理を施すといった微細作業を行うような場合にはミクロン単位で操作可能なマイクロマニピュレータが用いられる。
【０００３】
例えば、１個の細胞に対して処理を施す場合には、図１に示すように、観察顕微鏡２の視野内に対象細胞をとらえ、この視野映像をＣＲＴ等の表示装置１０に表示し、この映像により対象物を観察しながら複数の微小針８，９を操作して対象物に所定の処理を施す。このような微細な操作においては、操作者は操作杆１２，１３の精密な微小操作を要求されるが、その際、対象物の大きさや、作業針先の移動距離等の情報が重要となる。
【０００４】
従来、ＣＲＴディスプレイ１０等の表示装置の画面上に表示された対象物の大きさを知るためには、図２に示すように、対象物の大きさに応じたスケールＭ’（例えば、細胞等の微細物の場合には１μｍ刻みでスリットを設けた目盛り（スケール））をシャーレ等の中に対象物Ｓと一緒に入れておき、画面１０上に対象物Ｓと一緒に映し出すようにして、対象物Ｓの大きさ等を測定する目安としていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような微小なスケールＭ’を実際にシャーレの中に入れるという従来の方法は、目盛り自体は正確であるものの、対象物ＳとスケールＭ’との間隔が離れていたり、或いは対象物Ｓが移動したりする等、対象物ＳとスケールＭ’との位置関係が必ずしも測定に適したものとはならず、または変動するなどして、実際に測定することは容易ではなかった。また、対象物Ｓの大きさや形状により異なった目盛り間隔のスケールＭ’に変更することは取り替えの手間がかかり、特にミクロンオーダーのスケールの場合には実作業上、途中での取り替えは不可能であった。
【０００６】
本発明は、このような従来の課題を鑑み、常に対象物の大きさやマニピュレータの操作針先の移動距離等、必要な距離を容易に測定することができ、しかも目盛り間隔の変更も容易に行うことができるスケール表示方法を提供することを目的とするものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るスケール表示方法では、表示装置画面上に、観察対象物の映像と、キャラクタ表示の仮想スケールとを重ね合わせて表示することを特徴とする。
【０００８】
観察対象物の大きさや目標位置までの距離の目安をつけたりするために、観察対象物の近傍に配置されるスケールが一助として用いられることがあるが、本願発明においては、実際にシャーレ中にスケールを入れたりすることはなく、対象物を観察する画面上にキャラクタベースで作成された仮想スケールを重ねて表示するようにしたので、観察画像内に対象物と一緒に写るように実際のスケールを挿入したり、スケールの位置変動を修正したり、或いは他のスケールに取り替えたりする手間がない。さらに、本願発明の仮想スケールは、キャラクタ表示のものとしているので、ビットマップ方式のようにコンピュータの高い処理能力を必要とせず、処理能力の低いコンピュータを用いて安価に実現することができる。また表示速度も迅速なものとすることができる。
【０００９】
また、前記仮想スケールは、直線形のキャラクタをスケール線、十字線形のキャラクタをスケール目盛りとしてこれらをつなぎ合わせることにより構成され、またその目盛り間隔は、前記表示装置画面の表示倍率との相関により決定されることを特徴とする。  これにより対象物の大きさや映像倍率によらず、常に測定に適した任意の目盛りのスケールを対象物と共に視認することができる。
【００１０】
また、前記直線形および十字線形のキャラクタは、前記表示装置画面の分解能に応じた画素数のキャラクタサイズ単位において、各画素を通過する全パターンについて作成され、このキャラクタ群の中から所望の位置に直線や交点を持つキャラクタを選択してつなぎ合わせることにより仮想スケールを構成することを特徴とする。  このような多種のキャラクタを組み合わせることにより、視野（表示画面）内の任意の位置や方向を向いた対象物を測定するために、測定に適した任意の位置にスケールを表示することができる。スケールを構成するためのキャラクタは１キャラクタの画素内のあらゆる点を少なくともどちらかが通過する直線または十字形を備えており、任意の位置において任意の間隔のスケールを構成可能なキャラクタ同士を隣り合わせて配置することにより、種々のキャラクタの組み合わせであるところのスケールを任意の位置に任意の間隔で表示することを容易にしている。ここでいう種々のキャラクタは、予め作成したものを記憶装置に保持してもよいし、スケール表示の都度、発生させるようにしてもよい。
【００１１】
また、前記直線形および十字線形のキャラクタは、前記表示装置画面の分解能に応じた画素数のキャラクタサイズ単位において、少なくとも１画素を通過する全パターンについて作成され、このキャラクタ群の中から所望の位置にスケール線や交点を持つキャラクタを選択してつなぎ合わせることにより所望の目盛り間隔の仮想スケールを構成し、該仮想スケールを前記表示装置画面上の重ね合わせて表示する際に、前記表示装置画面のキャラクタ描画位置を決定するコントローラの垂直同期信号、または水平同期信号、または垂直同期信号と水平同期信号の両方、を遅延させることにより、前記表示装置画面上の所望の位置に前記仮想スケールを表示させるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
この方法によれば、任意の目盛り間隔のスケールを構成するのに必要なキャラクタを保持または発生を最小限に抑えることができ、且つ測定に適した任意の位置に該キャラクタの組み合わせにより構成されたスケールの表示位置を移動させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るスケール表示方法の一実施例をマイクロマニピュレータに適用したものにより説明する。
【００１４】
マイクロマニピュレータは一般に、システム化されて使用される。一般的なマイクロマニピュレータのシステムは図１に示すように、ベース１と、ベース１上に載置された観察顕微鏡２と、顕微鏡２の両側方に配置された１対のマイクロマニピュレータ３，４と、顕微鏡２及びマイクロマニピュレータ３，４を制御するための制御装置５とから構成されている。顕微鏡２は、その中央部に作業台６を有しており、作業台６上に細胞等の微小対象物が収容されたシャーレ７が載置されている。作業台６下方にはＴＶカメラ１４が接続され、対象物である細胞や操作針８，９等を撮影してＣＲＴ画面１０等の表示装置画面上に映像を映し出し、操作者は試料細胞の状態や操作針８，９との位置関係等を観察しながら操作卓１１上のジョイスティック１２，１３によりマニピュレータ３，４を操作し所定の作業を行う。
【００１５】
ＣＲＴ画面１０には、例えば図３に示すような映像が映し出される。ＴＶカメラ１４によるシャーレ内の映像である細胞Ｓ、マニピュレータ４の操作針先である細胞補足針９、マニピュレータ３の操作針先である操作針８にスーパーインポーズ（重ね描き）する形で本発明に係る仮想スケールＭが表示されている。操作者は該仮想スケールＭとの比較により、対象物である細胞の大きさや、目的位置までの針先８の移動距離等の目安を容易に認識することができ、操作の一助とすることができる。
【００１６】
ＣＲＴ画面１０上におけて、ＴＶカメラ１４からの映像に仮想スケールＭをスーパーインポーズする過程は、たとえば図４に示すように実現される。制御装置５は、ＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等を含むマイクロコンピュータから構成され、ＴＶカメラ１４、操作卓１１、マイクロマニピュレータ３，４を各々３軸方向に駆動制御するための駆動部３０，４０、各種の設定値等を記憶するためのメモリ３１、ビデオＲＡＭ３２、ビデオＲＡＭ３２の出力とＴＶカメラ１４の撮影画像とをスーパーインポーズするための加算器３３が接続されている。ビデオＲＡＭ３２には、ＴＶカメラ１４の撮影倍率に応じた仮想スケールＭを表示するためのキャラクタ情報が各キャラクタの表示位置に対応して格納される。加算器３３にはスーパーインポーズした画像を表示する表示装置１０が接続されており、図３のように測定に最適な位置・目盛り間隔の仮想スケールＭを備えた映像を得る。
【００１７】
次に、ＴＶカメラ１４の映像にスーパーインポーズされる本発明に係る仮想スケールＭの構成例を説明する。前提として、この仮想スケールＭはキャラクタベースで作成される。一般に、コンピュータ等の表示画面における複数画面のスーパーインポーズ技術としてはビットマップ方式が良く知られている。このビットマップ方式は表示画面の各画素毎に対応する記憶手段（ＣＲＴコントローラ）を搭載したコンピュータが必要であり、各画素単位での画像情報の加算を行った上で画面上に表示するものであり、画面分解能と同一分解能でのスケールが描画できるという利点はあるが、コンピュータの処理能力等の資源を非常に多く必要とするため、表示速度が遅い上、処理能力の高いハードウエアを使用する必要があり、そのために価格を引き上げてしまう。本発明では、仮想スケールＭを文字情報等に相当するキャラクタベースで作成し、これをＴＶ映像に合成するため、処理能力の低いコンピュータでも十分に実現できる。
【００１８】
本発明に係る仮想スケールＭは、複数のキャラクタの水平及び／又は垂直方向への連結により構成される。各々のキャラクタは、画面の分解能に応じた画素数のキャラクタサイズ単位において、１キャラクタを構成する各画素を少なくともどちらかが通過する水平及び／又は垂直線からなるキャラクタの組み合わせにより構成される。換言すれば、全ての組み合わせによる直線又は十字線形のキャラクタが用意される。例えば、図５に示すように、１キャラクタのサイズが８×８（６４画素数。１画素＝１ドット）である場合、６４画素の各々についてその点を少なくともどちらかが通過する水平及び／又は垂直線からなる全キャラクタが用意される。図５のＡ点を例に具体的にキャラクタを作成してみると、画素Ａを少なくともどちらかが通過する水平及び／又は垂直線からなるキャラクタとして、図６に示すように、画素Ａを通過する水平線であるｘ、画素Ａを通過する垂直線ｙ、及び水平線ｘを基準として８通りの縦線を付加して作成した十字線形ｘ群、垂直線ｙを基準として８通りの横線を付加して作成した十字線形ｙ群の１８通りのキャラクタ（このうち１キャラクタは同形で重複する）が作成される。同様にして全ての画素について、水平線８通り、垂直線８通り、十字形６４通りの計８０通りのキャラクタが作成される。
【００１９】
このようにして準備されたキャラクタ群は、水平線が仮想スケールＭのＸ軸、垂直線がＹ軸として利用され、十字形は仮想スケールＭの目盛りとして利用され、これらのキャラクタのつなぎ合わせによって１個の仮想スケールＭが構成される。例えば、目盛り間隔が９ドットのスケールを構成するには、図７に示すように、全部で８０通り作成されたキャラクタ（図ではこのうちの２５通りのみを記載している）の中から、９ドットのスケールを作成するのに必要なキャラクタを選び出し、これらのつなぎ合わせることによって図８に示すような所望の９ドットスケールを得る。同じ９ドットスケールでも、スケールの線の描画位置については、スーパーインポーズされる対象物の映像位置やその形状によって最適な位置が異なる。対象物とスケール線とが重なったり、遠すぎたり、或いは目盛りが読みにくい位置にきていたりする場合には、スケール線や目盛りの位置をずらす必要がある。その場合には、最適位置が得られる位置に線や交点を持つキャラクタを図７のキャラクタ群の中から選び出して、同様に９ドットスケールを作成すればよい。
【００２０】
このようにして得られた所望の目盛り間隔の仮想スケールＭの情報は、前述したようにビデオＲＡＭ３２の所定の表示位置に格納され、対象物の映像にスーパーインポーズされることにより、最適位置に最適間隔の目盛りを有する仮想スケールＭが表示される。
【００２１】
また、別の実施例としては、仮想スケールＭは、１キャラクタを構成する画素群内の任意の１画素を少なくともどちらかが通過する水平及び／又は垂直線からなるキャラクタの組み合わせにより構成され、且つ、該スケールの表示位置を、水平及び／又は垂直同期信号を遅延させることにより表示装置画面上の計測に適する位置に移動させることを特徴とする。即ち、キャラクタは、前の実施例のように８０通り作成するのではなく、例えば図５のＡ点という任意の１画素を少なくともどちらかが通過する水平及び／又は垂直線からなるキャラクタ群であるところの図６に示す全１８通りのキャラクタ（このうち１キャラクタは同形で重複する）のみが作成される。これらの限定されたキャラクタの組み合わせにより所望の目盛り間隔のスケールを作成し、このスケールＭを画面上にスーパーインポーズする位置については、各キャラクタの描画位置を決定するＣＲＴコントローラの垂直／水平同期信号を遅延させて対象物の映像に加算すし、即ち、該仮想スケールＭを最適位置に「ずらして」表示することにより簡易に実現することができる。
【００２２】
なお、仮想スケールＭの目盛り間隔の決定に際しては、初回のみ実際のスケールを入れて画面上のドット数との相関を決定してもよいし、マニピュレータを駆動するパルスモータから画面中での操作針の移動距離と画面のドット数との相関を決定するようにしてもよい。他にも種々の手法が利用できる。
【００２３】
画像表示装置１０は、ＣＲＴ画面の他、液晶画面等、特に限定はない。その他、本発明の要部を変更しない範囲で種々の変形・置き換えが可能である。
【００２４】
【発明の効果】
本発明によるスケール表示方法では、表示画面上の対象物に対して、最適な位置に、最適な目盛り間隔の仮想スケールＭを得ることができるので、対象物の大きさ等、所望の距離を正確且つ容易に視認することができる。また、ビットマップではなく全てキャラクタベースでスケール作成を実現しているため、コンピュータの処理能力等の資源を多く必要とせず、表示速度も迅速なものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  一般的なマイクロマニピュレータのシステム構成例を示す図である。
【図２】  従来の実際のマイクロスケールＭ’が表示された画面示す図である。
【図３】  本発明に係る仮想スケールＭが表示された画面示す図である。
【図４】  本発明に係るスケール表示方法の一構成例を示す図である。
【図５】  １キャラクタを構成する画素を説明する図である。
【図６】  Ａ点を基準としたキャラクタ群の作成例を示す図である。
【図７】  キャラクタ群の作成例を示す図である。
【図８】  目盛り間隔９ドットの仮想スケールの構成例を示す図である。
【符号の説明】
２    …観察顕微鏡
３，４…マイクロマニピュレータ
５    …制御装置
１０  …ＣＲＴ画面
Ｍ’  …実際のスケール
Ｍ    …仮想スケール
【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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【図７】
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【図８】
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