特許 6053449 顕微鏡

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6053449

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】顕微鏡

(51)【国際特許分類】

   G02B 21/00 20060101AFI20161219BHJP

   G02B 7/28 20060101ALI20161219BHJP

   G02B 7/36 20060101ALI20161219BHJP

【ＦＩ】

   G02B21/00

   G02B7/28 J

   G02B7/36

【請求項の数】6

【全頁数】16

(21)【出願番号】特願2012-236065(P2012-236065)

(22)【出願日】2012年10月25日

(65)【公開番号】特開2014-85600(P2014-85600A)

(43)【公開日】2014年5月12日

【審査請求日】2015年10月9日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000376

【氏名又は名称】オリンパス株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100089118

【弁理士】

【氏名又は名称】酒井 宏明

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 広

【審査官】 殿岡 雅仁

(56)【参考文献】

【文献】 特開２００３−０２９１３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−０６８３３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−１１９６８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−３０１３３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０１４９５８（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｇ０２Ｂ ２１／００ − ２１／３６

Ｇ０２Ｂ ７／２８ − ７／４０

Ｈ０４Ｎ ５／１４ − ５／２５７

Ｇ０６Ｔ １／００ − ９／４０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ステージ上に載置されたサンプルからの光を対物レンズによって集光し、この集光した光をもとに前記サンプルの像を撮像することによって観察用の画像データを生成する顕微鏡であって、
前記サンプルからの光を受光する複数の画素を有し、前記サンプルの像を撮像して画像データを取得する撮像素子と、
前記撮像素子が取得した前記サンプルの像に対し、少なくとも画像データ中の輝度値の階調範囲における所定値より小さい輝度値を有する部分に対してトーンカーブを用いたγ補正を施して、表示用画像データおよび合焦用画像データを生成する画像処理部と、
前記画像処理部でγ補正された前記表示用画像データを表示する表示部と、
前記画像処理部でγ補正された前記合焦用画像データに基づき、前記サンプルの像を自動的に合焦する制御を行う制御部と、
を備え、
前記画像処理部は、前記表示部に表示する前記表示用画像データに対して施されたγ補正のγ値よりも小さいγ値を用いて前記合焦用画像データを生成することを特徴とする顕微鏡。

【請求項2】

前記画像処理部は、γ値がγ＜１である前記トーンカーブを用いて前記合焦用画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項3】

前記画像処理部は、前記画像データ中の輝度値の階調範囲における所定値以上の輝度値を有する部分のγ値がγ＞１であるＳ字状のトーンカーブを用いて前記合焦用画像データを生成することを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。

【請求項4】

前記制御部は、合焦処理終了後、γ値を再設定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の顕微鏡。

【請求項5】

前記制御部は、合焦処理終了後、γ値を、合焦処理前のγ値に再設定することを特徴とする請求項４に記載の顕微鏡。

【請求項6】

前記画像処理部は、露光条件が互いに異なる複数の前記画像データを合成することを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の顕微鏡。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、観察対象のサンプルの像を結像し、この像を撮像する機能を有する顕微鏡に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、顕微鏡の分野では、オートフォーカス（ＡＦ）機能を有するデジタルカメラ等の撮像装置を搭載し、撮像装置が撮像した画像（観察画像）を表示部で表示する構成を有するものが知られている。撮像装置のＡＦ処理では、ＣＣＤ等の撮像素子における隣接画素を比較してコントラスト演算を行い、そのコントラスト演算値が最大となる位置を合焦位置とする方法（コントラストＡＦ）が実用化されている。

【0003】

顕微鏡観察におけるコントラストＡＦでは、電気制御によって上下方向（Ｚ方向）に移動するステージなどの焦準部の位置（以下、Ｚ位置と呼ぶ）を変えながら撮像を行った後、ＣＰＵなどの制御部からＺ位置情報を取得し、そのＺ位置情報を画像の位置情報として登録し、コントラスト演算の結果からコントラスト値が最大となる合焦位置を探す山登り法が広く実用化されている。この山登り法におけるコントラスト演算では、隣接画素の差分または隣接画素の差分の自乗を画素全体または指定した範囲で平均化することによって算出するのが一般的である。

【0004】

コントラストＡＦの一例として、ステージをＡＦ開始位置から細かいピッチで移動させながら、コントラストＡＦを行う技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。この技術では、コントラストＡＦを高速化するために、ステージの駆動ピッチが大きい粗フォーカス動作（以下、Roughスキャンと呼ぶ）と、ステージの駆動ピッチが小さい密フォーカス動作（以下、Fineスキャンと呼ぶ）との２種類のＡＦ処理を行う。より具体的に、この技術では、Roughスキャンで大まかな合焦位置を見つけた後に、Fineスキャンで正確な合焦位置を見つけている。

【0005】

例えば、焦準部をＺ方向に駆動し、Roughスキャンによってコントラストのピーク（閾値を超える位置）を検出し、この検出したピーク位置からFineスキャンによってサンプルＳｐにおける合焦位置を見つける。図１３は、従来のコントラストＡＦを説明するための図であって、コントラスト曲線の一例を示す図である。

【0006】

ところで、撮像するサンプルが凹凸形状を有する場合、照明光を照射した際の反射面と非反射面との光の反射率の差が大きいため、反射面に合わせて露光条件を設定すると、画像の非反射面に応じた部分が暗くなり、非反射面に合わせて露光条件を設定すると、画像の反射面に応じた部分が明るくなる。この結果、観察画像において凹凸形状を鮮明に表現できないという問題があった。

【0007】

これに対し、撮像された画像に対して階調変換などの補正処理、例えば、階調変換補正（トーンカーブ補正）により、画像における濃淡の補正を行うことで、凹凸形状を鮮明な画像として生成するようにしていた。なお、階調変換補正（トーンカーブ補正）では、階調の応答特性を示すγ値に応じたカーブ（トーンカーブ）に基づいて、入力画像を階調変換して、画像における濃淡の補正を行うもので、一般的には、γ値をγ＞１としてトーンカーブ補正を施すことによって、画像中の暗部を明るくするような補正を行っている。

【0008】

また、凹凸形状を鮮明な画像として生成する別の方法として、露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する技術が知られている（例えば、特許文献２を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【特許文献1】特開平１０−１９７７８４号公報

【特許文献2】特開２００８−３０１３３１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0010】

しかしながら、画像に対して階調変換などの補正処理を行った撮像画像は、合焦位置から大きく外れた位置で得られるものは暗く、合焦位置に近づくにつれて徐々に明るくなっていく。この際、合焦位置から大きく外れた位置における画像のコントラストが、合焦位置に近い位置における画像のコントラストと比して大きくなる場合がある（図１４参照）。この場合、コントラストＡＦ時に合焦位置から大きく外れた位置における画像のコントラストをピークとして誤検出し、その結果、合焦位置の誤検出（偽合焦）を招いてしまう。

【0011】

また、露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する方法において、コントラストＡＦを実行する場合、画像の取得タイミングを、撮像装置の焦点深度に応じた間隔としなければ、コントラストのピークを検出することができない。スキャン時のピッチは撮像装置の焦点深度に依存し、このピッチが一定の場合、コントラストＡＦに要する時間は映像信号の取り込み時間（フレームレート）に依存する。

【0012】

また、複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する場合、複数枚の画像を処理するため、処理に時間を要してしまうという問題があった。このため、処理時間を短縮することを目的として、ＡＦ処理に要する時間の短縮が求められていた。

【0013】

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、階調変換などの補正処理や露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する場合であっても、迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することができる顕微鏡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】

【0014】

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡は、ステージ上に載置されたサンプルからの光を対物レンズによって集光し、この集光した光をもとに前記サンプルの像を撮像することによって観察用の画像データを生成する顕微鏡であって、前記サンプルからの光を受光する複数の画素を有し、前記サンプルの像を撮像して画像データを取得する撮像素子と、前記撮像素子が取得した前記サンプルの像に対し、少なくとも画像データ中の輝度値の階調範囲における所定値より小さい輝度値を有する部分に対してトーンカーブを用いたγ補正を施して、表示用画像データおよび合焦用画像データを生成する画像処理部と、前記画像処理部でγ補正された前記表示用画像データを表示する表示部と、前記画像処理部でγ補正された前記合焦用画像データに基づき、前記サンプルの像を自動的に合焦する制御を行う制御部と、を備え、前記画像処理部は、前記表示部に表示する前記表示用画像データに対して施されたγ補正のγ値よりも小さいγ値を用いて前記合焦用画像データを生成することを特徴とする。

【0015】

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記画像処理部は、γ値がγ＜１である前記トーンカーブを用いて前記合焦用画像データを生成することを特徴とする。

【0016】

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記画像処理部は、前記画像データ中の輝度値の階調範囲における所定値以上の輝度値を有する部分のγ値がγ＞１であるＳ字状のトーンカーブを用いて前記合焦用画像データを生成することを特徴とする。

【0017】

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記制御部は、合焦処理終了後、γ値を再設定することを特徴とする。

【0018】

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記制御部は、合焦処理終了後、γ値を、合焦処理前のγ値に再設定することを特徴とする。

【0020】

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記画像処理部は、露光条件が互いに異なる複数の前記画像データを合成することを特徴とする。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、ＡＦ処理において、表示時（観察時）に施されたγ補正のγ値よりも小さい値で補正、またはヒストグラム補正を施した画像を用いてコントラストを演算するようにしたので、階調変換などの補正処理や露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する場合であっても、迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行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】

【0022】

【図1】図１は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡の全体構成を示す模式図である。

【図2】図２は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡が行うＡＦ処理を示すフローチャートである。

【図3】図３は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡が行う合焦処理を示すフローチャートである。

【図4】図４は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡が行う合焦処理を説明する図である。

【図5】図５は、本発明の実施の形態１において補正処理が施される前の画像の一例を示す図である。

【図6】図６は、本発明の実施の形態１において補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。

【図7】図７は、従来の補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。

【図8】図８は、本発明の実施の形態２にかかる顕微鏡の全体構成を示す模式図である。

【図9】図９は、本発明の実施の形態２にかかる顕微鏡が行うＡＦ処理を示すフローチャートである。

【図10】図１０は、本発明の実施の形態２において補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。

【図11】図１１は、本発明の実施の形態３において補正処理が施される前の画像の一例を示す図である。

【図12】図１２は、本発明の実施の形態３において補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。

【図13】図１３は、従来のコントラストＡＦを説明するための図である。

【図14】図１４は、従来のコントラストＡＦを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。

【0024】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡の全体構成を示す模式図である。同図に示す顕微鏡１は、オートフォーカス（ＡＦ）機能を有しており、顕微鏡架台２、ステージ３、投光管４、撮像装置５、制御装置６、表示装置７を備える。

【0025】

顕微鏡架台２は、ステージ３を固定して支持するステージ支持部２１と、投光管４を上下動可能に支持する投光管支持部２２と、投光管４の上下動を制御する駆動モータ制御部２３とを有する。

【0026】

駆動モータ制御部２３は、制御装置６から送られてくるモータ駆動量に基づいて、投光管４が有する駆動モータ４５を駆動させることにより、投光管４および撮像装置５を上下動させる。

【0027】

投光管４は、結像光学系４１と、光源４２と、光源制御部４３と、ハーフミラー４４と、駆動モータ４５と、を有する。投光管４は、対物レンズ８を保持する。

【0028】

光源４２から出射した光は、ハーフミラー４４で反射して対物レンズ８を経由してステージ３に載置されたサンプルＳｐへ照射される。これに対し、サンプルＳｐによって反射された光は、対物レンズ８からハーフミラー４４を経由し、結像光学系４１を通過して撮像素子５１で集光されて電気信号へ光電変換される。

【0029】

駆動モータ４５は、投光管４および撮像装置５を駆動する駆動手段の機能を有する。以下、投光管４および撮像装置５をまとめて「ヘッド部」という。

【0030】

撮像装置５は、ＣＣＤまたはＣＭＯＳ等の撮像素子５１と、撮像素子５１が取得した信号に対してＡ／Ｄ変換等の信号処理を施す信号処理部５２と、撮像装置５（撮像素子５１および信号処理部５２）の動作を制御する撮像制御部５３とを有する。

【0031】

制御装置６は、入力部６１と、コントラスト演算部６２と、画像処理部６３と、記憶部６４と、制御部６５とを有する。コントラスト演算部６２は、撮像装置５から画像データを受信し、該画像データのコントラスト値を算出するコントラスト演算を行う。

【0032】

画像処理部６３は、例えば、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、γ補正処理、Ｄ／Ａ変換処理、フォーマット変更処理などを行う。また、画像処理部６３は、画像の生成にかかるモードが、複数枚合成モードに設定されている場合、対象の画像（露光条件が互いに異なる画像信号)を合成して、一枚の観察画像を生成する。以下、画像中の輝度値の階調範囲における所定値（例えば中央値）を境界として、この中央値より小さい輝度値を有する部分を暗部、中央値以上の輝度値を有する部分を明部という。

【0033】

ホワイトバランス調整処理では、ＲＧＢ画像信号のホワイトバランスを自動的に調整する。具体的には、ホワイトバランス調整処理は、ＲＧＢ画像信号に含まれる色温度に基づいて、ＲＧＢ画像信号のホワイトバランスを自動的に調整する。

【0034】

ゲイン調整処理では、ＲＧＢ画像信号のゲイン調整を行う。γ補正処理では、ＲＧＢ画像信号の階調補正（γ補正）を行う。このとき、画像処理部６３は、表示装置７に表示させる画像データ（表示用画像データ）と、制御部６５による合焦処理時に用いる画像データ（合焦用画像データ）とについて、それぞれ異なるγ値を用いてγ補正を行う。本実施の形態１では、合焦用画像データに対するγ値において、階調の応答特性を示すγ値は全入力に対してγ値がγ＜１となるように設定されている。一方、表示用画像データに対するγ値は、例えばγ＞１に設定されている。そして、このγ値に応じたトーンカーブに基づいて、撮像装置５で取得された画像の階調補正を行う。なお、合焦用画像データに対するγ補正において、階調の応答特性を示すγ値は、γ＜１となるように設定するとしたが、γ＜１の領域を含む任意の値でも設定できる。

【0035】

Ｄ／Ａ変換処理では、階調補正後のＲＧＢ画像信号をアナログ信号に変換する。フォーマット変更処理では、アナログ信号に変換された画像信号を所定のファイルフォーマットに変更して表示装置７に出力する。

【0036】

記憶部６４は、顕微鏡１の動作を制御するプログラム（アプリケーションソフトウェア）を記憶する。また、記憶部６４は、撮像処理にかかる情報（フレームレート、露光時間（シャッタ速度）、光源４２の明るさ（ゲイン）など）を記憶する。記憶部６４は、例えばフラッシュメモリ、ＲＡＭ、ＲＯＭ等の半導体メモリや、ＨＤＤ、ＭＯ、ＣＤ−Ｒ、ＤＶＤ−Ｒ等の記録媒体および該記録媒体を駆動する駆動装置等によって実現される。

【0037】

制御部６５は、ＣＰＵ等を用いて構成され、顕微鏡１全体の動作を統括的に制御する。制御部６５は、サンプルＳｐの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行う。制御部６５は、コントラスト演算部６２による演算結果の最大値および該最大値をとるときのＺ座標等を記憶部６４に書き込んで記憶させる。制御部６５は、光源制御部４３に対して光源４２の明るさを調整するための指示信号を送信する。

【0038】

表示装置７は、表示用画像データに応じた顕微鏡画像等を表示するモニタ画面と、顕微鏡操作用ＧＵＩタッチパネルとを有する。タッチパネルは、モニタ画面上に積層され、外部からの接触位置に応じた入力信号を受け付ける。

【0039】

以上の構成を有する顕微鏡１では、タッチパネルを介してオートフォーカス（ＡＦ）処理を行う旨の指示が入力部６１に入力された場合、制御部６５の制御のもと、ＡＦ処理を実行する。図２は、本実施の形態１にかかる顕微鏡１が行うＡＦ処理を示すフローチャートである。

【0040】

まず、制御部６５は、オートフォーカス（ＡＦ）処理を行う旨の指示が入力されると、現在設定されているモードが、複数枚合成モードであるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。ここで、制御部６５は、複数枚合成モードに設定されていると判断した場合（ステップＳ１０１：Ｙｅｓ）、複数枚合成モードの設定をオフにする（ステップＳ１０２）。その後、制御部６５は、ステップＳ１０３に移行する。

【0041】

一方、設定モードが、複数枚合成モードではないと判断した場合（ステップＳ１０１：Ｎｏ）、制御部６５は、ステップＳ１０３に移行する。

【0042】

制御部６５は、複数枚合成モードが未設定の状態において、階調変換関数のγ値をγ＜１に設定する（ステップＳ１０３）。その後、制御部６５は、後述する合焦処理を行う（ステップＳ１０４）。合焦処理完了後、制御部６５は、γ値をステップＳ１０３における設定前の値に再設定する（ステップＳ１０５）。

【0043】

その後、制御部６５は、設定すべきモードが複数枚合成モードであるか否かを判断する（ステップＳ１０６）。ここで、制御部６５は、設定すべきモードが複数枚合成モードである場合（ステップＳ１０６：Ｙｅｓ）、複数枚合成モードをオンにして処理を終了する（ステップＳ１０７）。一方で、制御部６５は、設定すべきモードが複数枚合成モードでない場合（ステップＳ１０６：Ｎｏ）、モードの再設定を行わずに処理を終了する。

【0044】

ここで、図２のステップＳ１０４における合焦処理について図３，４を参照して説明する。図３は、本実施の形態１にかかる顕微鏡が行う合焦処理を示すフローチャートである。図４は、本実施の形態１にかかる顕微鏡が行う合焦処理を説明する図である。

【0045】

制御部６５は、駆動モータ制御部２３に対して信号を送り、ヘッド部が予め決まっている開始位置に移動するように駆動モータ４５を駆動する（ステップＳ２０１）。ヘッド部は、例えば、駆動モータ４５の駆動によって、ＡＦ範囲／２の距離を、Near方向に向かって移動する。

【0046】

次に、制御部６５は、駆動モータ制御部２３に対して、予め決まっている粗サーチピッチで駆動モータ４５を駆動する指示信号を出力する（ステップＳ２０２）。ヘッド部は、駆動モータ４５の駆動により、粗サーチピッチでFar方向に移動する。

【0047】

続いて、制御部６５は、撮像装置５が撮像した画像データを取得し（ステップＳ２０３）、この画像データに対してγ補正処理を施す（ステップＳ２０４）。その後、γ補正処理が施された画像データ（合焦用画像データ）に対してコントラスト演算を行う（ステップＳ２０５）。ここで、コントラスト演算に用いる画像データは、画像処理部６３によって少なくともγ補正が施されている。これにより、粗サーチによるコントラスト曲線ＣＡを得る。

【0048】

その後、制御部６５は、サーチ終了条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ２０６）。サーチ終了条件の条件式は、以下の式（１）で与えられる。
コントラスト演算のピーク値×１／２＞現在のコントラスト値 ・・・（１）
なお、左辺の１／２の代わりに１より小さい別の値を適用してもよい。また、サーチ終了条件として式（１）を適用する代わりに、例えばピーク値を超えてから所定回数連続してコントラスト演算の値が小さくなった場合にサーチを終了するようにしてもよい。

【0049】

ステップＳ２０６でサーチ条件が成立する場合（ステップＳ２０６：Ｙｅｓ）、制御部６５はステップＳ２０７へ移行する。一方、ステップＳ２０６でサーチ条件が成立しない場合（ステップＳ２０６：Ｎｏ）、制御部６５はステップＳ２０２へ戻る。

【0050】

ステップＳ２０７において、制御部６５は、検出したピーク位置（検出ピーク位置）からNear方向へ所定距離Ｄｐ戻した位置である微サーチ開始位置を算出する（ステップＳ２０７）。

【0051】

続いて、制御部６５は、駆動モータ制御部２３に信号を送り、駆動モータ４５を駆動させて、ステップＳ２０７で算出した微サーチ開始位置にヘッド部を移動させる（ステップＳ２０８）。

【0052】

その後、制御部６５は、駆動モータ制御部２３に対して信号を送信し、予め決まっている微サーチピッチで駆動モータ４５を駆動させる（ステップＳ２０９）。この後、制御部６５は、撮像装置５が撮像した画像データを取得し（ステップＳ２１０）、コントラスト演算を行う（ステップＳ２１１）。ここで、コントラスト演算に用いる画像データは、画像処理部６３によって少なくともγ補正が施されている。これにより、微サーチによるコントラスト曲線ＣＢを得る。

【0053】

続いて、制御部６５は、上記式（１）のサーチ終了条件が成立するか否かを判定する（ステップＳ２１２）。判定の結果、サーチ終了条件が成立する場合（ステップＳ２１２：Ｙｅｓ）、ヘッド部を検出ピーク位置へ移動させ（ステップＳ２１３）、一連の合焦処理を終了する。一方、ステップＳ２１１でサーチ条件が成立しない場合（ステップＳ２１２：Ｎｏ）、制御部６５はステップＳ２０９へ戻る。

【0054】

ここで、最大輝度値をＩ_ＭＡＸ、ｘを画像処理部６３に入力される画像データの輝度値、ｙを画像処理部６３から出力される画像データの輝度値としたとき、γ値は、下記式（２）を参照して設定されることが好ましい。

【数1】

【0055】

図５は、本実施の形態１において補正処理が施される前の画像の一例を示す図である。図６は、本実施の形態１において補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。図７は、従来の補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。図５〜図７において、（ａ）は実際に撮像された画像を示し、（ｂ）はγ値がγ＝１（図５）、γ＜１（図６）、γ＞１（図７）における信号の入出力の関係（トーンカーブ）を示すグラフであり、（ｃ）は（ａ）中の点Ａ_０と点Ｂ_０とを結ぶ直線上、点Ａ_１と点Ｂ_１とを結ぶ直線上、点Ａ_２と点Ｂ_２とを結ぶ直線上の各画素が出力する信号強度を示す画素−信号強度グラフ（輝度プロファイル）である。

【0056】

図６（ａ）に示すγ＜１でγ補正された画像は、図５（ａ）に示す補正前の画像（γ＝１でγ補正された画像）と比して濃淡が明確になっている。また、図６（ｃ）の輝度プロファイルでは、図５（ｃ）の輝度プロファイルと比してピークと暗部との差が大きく、より大きいコントラストが得られることがわかる。これにより、γ＜１でγ補正した画像によって、暗部におけるノイズを小さくした画像を得ることができる。この結果、焦点位置から外れた位置で撮像した場合であっても、コントラストが不要に大きくなることを抑制することができる。

【0057】

一方で、図７（ａ）に示すγ＞１でγ補正された画像は、図５（ａ）に示す補正前の画像（γ＝１でγ補正された画像）と比して濃淡が明確になっているものの、図７（ｃ）の輝度プロファイルでは、図５（ｃ）の輝度プロファイルと比して、暗部における強度変化が大きく、暗部のノイズが大きいことがわかる。

【0058】

上述した本実施の形態１によれば、ＡＦ処理において、γ＜１に設定してγ補正を施した画像を用いてコントラストを演算するようにしたので、焦点位置から外れた位置で撮像した場合であっても、コントラストが不要に大きくなることを抑制し、階調変換などの補正処理や露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する場合であっても、迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することができる。

【0059】

なお、本実施例の形態１では、ＡＦ処理において、γ＜１に設定してγ補正を施した画像を用いてコントラストを演算するものとして説明したが、ＡＦ処理時におけるγ値が、観察画像の表示時（観察時）におけるγ値よりも小さければよい。

【0060】

（実施の形態２）
図８は、本発明の実施の形態２にかかる顕微鏡１ａの全体構成を示す模式図である。なお、図１等で説明した構成と同一の構成要素には、同一の符号が付してある。実施の形態２にかかる顕微鏡１ａでは、上述した制御装置６に代えて、画像処理部６３ａと、制御部６５ａとを有する制御装置６ａを備える。

【0061】

画像処理部６３ａは、上述した画像処理部６３と同様に、例えば、ホワイトバランス（ＷＢ）調整処理、ゲイン調整処理、γ補正処理、Ｄ／Ａ変換処理、フォーマット変更処理などを行う。また、画像処理部６３ａは、画像の生成にかかるモードが、複数枚合成モードに設定されている場合、対象の画像を合成して、一枚の観察画像を生成する。画像処理部６３ａは、合焦用画像データにかかるγ補正を行う際、暗部側がγ＜１、明部側がγ＞１となるＳ字のトーンカーブを用いて補正処理を施す。

【0062】

制御部６５ａは、ＣＰＵ等を用いて構成され、顕微鏡１ａ全体の動作を統括的に制御する。制御部６５ａは、サンプルＳｐの像を自動的に合焦するオートフォーカスを行う。制御部６５ａは、コントラスト演算部６２による演算結果の最大値および該最大値をとるときのＺ座標等を記憶部６４に書き込んで記憶させる。制御部６５は、光源制御部４３に対して光源４２の明るさを調整するための指示信号を送信する。

【0063】

顕微鏡１ａでは、タッチパネルを介してＡＦ処理を行う旨の指示が入力部６１に入力された場合、制御部６５ａの制御のもと、ＡＦ処理を実行する。図９は、本実施の形態２にかかる顕微鏡１ａが行うＡＦ処理を示すフローチャートである。

【0064】

まず、制御部６５ａは、ＡＦ処理を行う旨の指示が入力されると、現在設定されているモードが、複数枚合成モードであるか否かを判断する（ステップＳ３０１）。ここで、制御部６５ａは、複数枚合成モードに設定されていると判断した場合（ステップＳ３０１：Ｙｅｓ）、複数枚合成モードの設定をオフにする（ステップＳ３０２）。その後、制御部６５ａは、ステップＳ３０３に移行する。

【0065】

一方、設定モードが、複数枚合成モードではないと判断した場合（ステップＳ３０１：Ｎｏ）、制御部６５ａは、ステップＳ３０３に移行する。

【0066】

制御部６５ａは、複数枚合成モードが未設定の状態において、階調変換関数のグラフをＳ字のトーンカーブに設定する（ステップＳ３０３）。その後、制御部６５ａは、Ｓ字のトーンカーブによるγ補正が施された合焦用の画像データを用いて、上述した合焦処理を行う（ステップＳ３０４）。

【0067】

合焦処理完了後、制御部６５ａは、γ値（階調変換関数のグラフ）をステップＳ３０３における設定前の値に再設定する（ステップＳ３０５）。

【0068】

その後、制御部６５ａは、設定すべきモードが複数枚合成モードであるか否かを判断する（ステップＳ３０６）。ここで、制御部６５ａは、設定すべきモードが複数枚合成モードである場合（ステップＳ３０６：Ｙｅｓ）、複数枚合成モードをオンにして処理を終了する（ステップＳ３０７）。一方で、制御部６５ａは、設定すべきモードが複数枚合成モードでない場合（ステップＳ３０６：Ｎｏ）、モードの再設定を行わずに処理を終了する。

【0069】

図１０は、本実施の形態２において補正処理が施される前の画像の一例を示す図である。ここで、図１０（ａ）は実際に撮像された画像を示し、図１０（ｂ）は階調変換関数のグラフがＳ字のトーンカーブである場合における信号の入出力の関係を示すグラフであり、図１０（ｃ）は図１０（ａ）中の点Ａ_３と点Ｂ_３とを結ぶ直線上の各画素が出力する信号強度を示す画素−信号強度グラフ（輝度プロファイル）である。

【0070】

図１０（ａ）に示すＳ字のトーンカーブでγ補正された画像は、図５（ａ）に示す補正前の画像（γ＝１でγ補正された画像）と比して濃淡が明確になっている。また、図１０（ｃ）の輝度プロファイルでは、図５（ｃ）の輝度プロファイルと比してピークと暗部との差が大きく、より大きいコントラストが得られることがわかる。これにより、Ｓ字のトーンカーブでγ補正した画像によって、暗部におけるノイズを小さくした画像を得ることができる。この結果、焦点位置から外れた位置で撮像した場合であっても、コントラストが不要に大きくなることを抑制することができる。

【0071】

上述した本実施の形態２によれば、ＡＦ処理において、Ｓ字のトーンカーブでγ補正を施した画像を用いてコントラストを演算するようにしたので、焦点位置から外れた位置で撮像した場合であっても、コントラストが不要に大きくなることを抑制し、階調変換などの補正処理や露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する場合であっても、迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することができる。

【0072】

また、上述した本実施の形態２によれば、Ｓ字のトーンカーブによってγ補正を施して暗部のノイズを低減するとともに、明部の輝度値を上げることによって、合焦位置から外れた位置でのコントラストを小さくするとともに、合焦位置におけるコントラストを大きくすることができる。これにより、偽合焦を抑制することができる。

【0073】

（実施の形態３）
図１１は、本発明の実施の形態３において補正処理が施される前の画像の一例を示す図である。図１２は、本実施の形態３において補正処理が施された後の画像の一例を示す図である。図１１，１２において、（ａ）は実際に撮像された画像を示し、（ｂ）は（ａ）中の点Ａ_１０と点Ｂ_１０とを結ぶ直線上および点Ａ_４と点Ｂ_４とを結ぶ直線上の各画素が出力する信号強度を示す画素−信号強度グラフ（輝度プロファイル）であり、（ｃ）は（ｂ）に示す画素−信号強度グラフにおける各輝度値の頻度を示す輝度値−頻度グラフ（ヒストグラム）である。実施の形態３では、合焦用画像データに対し、上述した実施の形態１，２の画像処理部６３または６３ａがγ補正に代えて、ヒストグラム補正を行う。

【0074】

図１２（ａ）に示すヒストグラム補正された画像は、図１１（ａ）に示す補正前の画像と比して濃淡が明確になっている。また、図１２（ｂ）の輝度プロファイルでは、図１１（ｂ）の輝度プロファイルと比してピークの頂点が平坦化され、より大きいコントラストが得られることがわかる。また、図１２（ｃ）のヒストグラムでは、図１１（ｃ）のヒストグラムと比して輝度値の頻度が平坦化されていることがわかる。これにより、ヒストグラム補正を施した画像によって、暗部におけるノイズを小さくした画像を得ることができる。この結果、焦点位置から外れた位置で撮像した場合であっても、コントラストが不要に大きくなることを抑制することができる。

【0075】

上述した本実施の形態３によれば、ＡＦ処理において、ヒストグラム補正を施した画像を用いてコントラストを演算するようにしたので、焦点位置から外れた位置で撮像した場合であっても、コントラストが不要に大きくなることを抑制し、階調変換などの補正処理や露光条件を変えて撮像した複数の撮像画像を合成して観察画像を生成する場合であっても、迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することができる。

【0076】

また、上述した本実施の形態３によれば、ヒストグラム補正を施して明部の輝度値を上げることによって、合焦位置におけるコントラストを大きくすることができる。これにより、偽合焦を抑制することができる。

【0077】

また、上述した実施の形態では、正立型の顕微鏡を例に説明したが、例えば、ＡＦ処理を行ってサンプルのサンプル像を撮像する倒立型の顕微鏡、サンプルを撮像する撮像機能および画像を表示する表示機能を備えた撮像装置、例えば、ビデオマイクロスコープ等であっても、本発明を適用することができる。

【0078】

以上のように、本発明にかかる顕微鏡は、迅速かつ正確なオートフォーカス処理を実行することに有用である。

【符号の説明】

【0079】

１，１ａ 顕微鏡
２ 顕微鏡架台
３ ステージ
４ 投光管
５ 撮像装置
６，６ａ 制御装置
７ 表示装置
８ 対物レンズ
２１ ステージ支持部
２２ 投光管支持部
２３ 駆動モータ制御部
４１ 結像光学系
４２ 光源
４３ 光源制御部
４４ ハーフミラー
４５ 駆動モータ
５１ 撮像素子
５２ 信号処理部
５３ 撮像制御部
６１ 入力部
６２ コントラスト演算部
６３，６３ａ 画像処理部
６４ 記憶部
６５，６５ａ 制御部
Ｓｐ サンプル

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図8】

【図9】

【図13】

【図14】

【図5】

【図6】

【図7】

【図10】

【図11】

【図12】