JP5305838B2 - 共焦点顕微鏡システム - Google Patents

Description

本発明は、顕微鏡の技術に関し、特に、顕微鏡の操作性を向上させる技術に関する。

取得した試料の共焦点顕微鏡画像から当該試料の高さ情報を得ると共に、その試料の顕微鏡画像とプロファイル（輪郭）画像とを表示する共焦点顕微鏡システムが知られている。このような共焦点顕微鏡システムの多くでは、試料の画像を表示する画像表示部と、そこで表示された画像上で設定されるプロファイルライン上のプロファイルの画像を表示するプロファイル表示部とを有した表示画面をモニタ装置で表示する機能を備えている。

試料の画像の計測や画像処理では、プロファイルの画像を用いてその計測や処理の設定を行うことがあり、あるいは、プロファイルの画像に対して画像処理を行うこともある。例えば、高さ情報が得られている画像から試料の体積を計測する場合には、計測対象である試料において高さの基準とする底面の高さ方向の位置を、プロファイルの画像に基づいて設定することがある。また、例えば、水平面に対する傾きの補正処理を試料の画像に対して施す場合には、その試料の画像の傾きの度合いをプロファイルの画像から求めることがある。

また、このような技術に関し、例えば特許文献１には、試料の表示画像上でプロファイルラインを指定すると、そのプロファイルライン上のプロファイルグラフを、当該表示画像上に重ねて表示するという技術が開示されている。
特開２００６−１１９１０７号公報

計測や画像処理を、試料の画像全体を対象として行うのではなく、その画像に対して指定した関心領域（処理対象領域、若しくはＲＯＩ（Region Of Interest）ともいう）を対象として行えば、無駄な処理を削減、あるいは、より適切に行うことができる。ところが、このＲＯＩの指定も、プロファイルの位置を指定するプロファイルラインと同様、画像表示部で表示されている試料の画像上で行われる。従って、プロファイルラインの指定とＲＯＩの指定との相互間の位置関係をユーザが把握するのは容易ではなく、このために、プロファイルラインデータを用いた処理または設定を適切に行えないことがあった。

このような問題に関し、ＲＯＩの範囲内のみのプロファイルの画像を表示するという手法が知られている。しかし、この手法では、ＲＯＩの範囲外のプロファイルの画像を利用することができない。

また、特許文献１の技術は、プロファイルラインとＲＯＩとの関連についての配慮はされていない。従って、この技術では、プロファイルラインの指定とＲＯＩの指定との相互間の位置関係の把握を容易にすることはできない。

本発明は上述した問題に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、プロファイルラインの指定と関心領域の指定との相互間の位置関係を容易に把握できるようにすることである。

本発明の態様のひとつである共焦点顕微鏡システムは、 試料の共焦点顕微鏡画像を取得する共焦点顕微鏡画像取得手段と、該共焦点顕微鏡画像取得手段が取得する該試料の共焦点顕微鏡画像と該共焦点顕微鏡画像を取得したときの該試料の光軸方向の位置との関係に基づき、該試料の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、該試料の平面画像を表示する平面画像表示手段と、該試料のプロファイルを表すプロファイル画像における該プロファイルの表示範囲を、該平面画像表示手段に表示されている該平面画像に対して指定するプロファイル範囲指定手段と、該プロファイル範囲指定手段により指定された表示範囲の該プロファイル画像を、該高さ情報取得手段が取得する該試料の高さ情報に基づいて構築して表示するプロファイル画像表示手段と、該試料における関心領域を、該平面画像表示手段に表示されている該平面画像上に対して指定する関心領域指定手段と、該プロファイル画像表示手段に表示される該プロファイル画像上に、該プロファイル画像における基準底面位置を示す基準底面高さラインを移動可能に表示する基準底面位置表示手段と、該プロファイル画像において該関心領域に対応する範囲を、該関心領域指定手段による該関心領域の指定情報、該プロファイル範囲指定手段による該プロファイル画像の表示範囲の指定情報、及び該基準底面位置表示手段による該基準底面高さラインの位置情報に基づき判別する関心領域範囲判別手段と、該プロファイル画像表示手段に表示されているプロファイル画像における、該関心領域範囲判別手段で判別される該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とを、異なる態様にして表示させるプロファイル画像表示制御手段と、該関心領域範囲判別手段で判別された該関心領域範囲内の体積を算出する演算手段と、を有するというものである。
なお、上述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該関心領域指定手段による関心領域の指定は、該平面画像表示手段上において、関心領域を示す形状、位置、及び大きさにより指定してもよい。
また、上述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該関心領域指定手段による関心領域の指定は、関心領域の形状を表す選択可能なボタンを指示することにより指定してもよい。
また、上述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該選択可能なボタンは、矩形、円形、多角形のいづれかからなってもよい。

なお、上述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とを異なる色彩にして表示させるように構成してもよい。

また、前述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とを異なる輝度にして表示させるように構成してもよい。

また、前述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とのどちらか一方を透かし画像にして表示させるように構成してもよい。

また、前述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像において該試料のプロファイルを表しているプロファイルグラフの線種と、該範囲外の画像において該試料のプロファイルを表しているプロファイルグラフの線種とを異なるものにして表示させるように構成してもよい。

また、前述した共焦点顕微鏡システムにおいて、該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とのどちらか一方の背景をその他方の背景と異なる色彩若しくは模様にして表示させるように構成してもよい。

本発明によれば、以上のようにすることにより、プロファイルラインの指定と関心領域の指定との相互間の位置関係が容易に把握できるようになるという効果を奏する。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図１について説明する。図１は、本発明を実施する共焦点顕微鏡システムの構成を示している。

このシステムは、走査型レーザ顕微鏡を備えており、試料の体積を計測する画像測定装置システムである。ここで、試料の表示画像に対し計測対象の領域を指定すると共に、体積計測における基準底面の高さを、試料のプロファイルの画像を利用して指定すると、高
さ情報を有している試料の画像データに基づいた体積の計測処理が、このシステムで行われる。

図１において、レーザ光源１から出射される光（レーザ光）が、ビームスプリッタ２を透過した後に、二次元走査機構３に入射する。二次元走査機構３は、この光束を二次元に走査した上で対物レンズ４へと導く。対物レンズ４に入射した光束は、集束光となって試料５の表面上を走査する。この集束光は試料５の表面で反射する。なお、試料５は、試料台６上に載置されている。この試料台６が設置されているＺステージ８は、対物レンズ４の光軸方向（Ｚ方向）に駆動可能であり、その駆動はコンピュータ１２により制御される。

試料５の表面からの反射光は、対物レンズ４及び二次元走査機構３を経由してビームスプリッタ２に導入される。ビームスプリッタ２は、この反射光を今度は反射して結像レンズ９へと導く。結像レンズ９はこの反射光をピンホール１０上に集光させる。ピンホール１０は、対物レンズ４による集光位置と光学的に共役な位置に配置されているので、試料５の集光点以外からの反射光をカットする。光検出器１１は、コンピュータ１２による制御の下で、ピンホール１０を通過した光だけを検出し、その光量に応じた大きさの検出信号を出力する。

コンピュータ１２は、二次元走査機構３、Ｚステージ８、及び光検出器１１等を含む、この共焦点型光学測定装置全体を制御する。例えば、光検出器１１の出力を取得して、その出力に基づく画像をモニタ１３に表示する等の処理を行う。また、コンピュータ１２は、ユーザからの各種指示等を受け付けるための入力部（不図示）も備えている。例えば、ユーザがその入力部を操作してモニタ１３に表示された画面の内容に応じた各種の設定指示を行うと、コンピュータ１２は、システムの各部を当該設定指示に従って駆動制御する。

なお、コンピュータ１２は、ごく標準的なハードウェア構成のコンピュータ、すなわち、演算処理装置と、メインメモリと、記憶装置と、インタフェース部と、を有しているコンピュータを利用することができる。ここで、演算処理装置は、例えばＭＰＵ（Micro Processor Unit）であり、制御プログラムの実行によってコンピュータ１２全体の動作制御を司る。メインメモリは、この演算処理装置が必要に応じてワークメモリとして使用する。記憶装置は、例えばハードディスク装置であり、各種のプログラムや制御データなどを記憶して保存しておく。インタフェース部は、図１に示した共焦点顕微鏡システムの各構成要素や不図示の入力装置などとの間で行われる各種のデータの授受を管理する。なお、このコンピュータ１２により行われる各種の処理は、当該処理をコンピュータ１２に行わせるための制御プログラムを当該記憶装置に予め格納しておき、当該演算処理装置が当該制御プログラムを読み出して実行することによって、実現される。

次に、この共焦点顕微鏡システムにより行われる、輝度及び高さの測定について説明する。
前述したように、対物レンズ４による集光位置とピンホール１０の位置とは光学的に共役な関係を有するように配置されている。従って、試料５の表面が対物レンズ４による集光位置にある場合には、当該表面からの反射光は、ピンホール１０の位置で集光して通過することができる。その一方、試料５の表面が対物レンズ４による集光位置からずれた位置にある場合には、試料５からの反射光はピンホール１０の位置には集光しないので、ピンホール１０を通過できない。

ここで図２について説明する。図２は、図１の共焦点顕微鏡システムにおける対物レンズ４の集光位置と試料５との相対位置（Ｚ）と、光検出器１１の出力信号（Ｉ）の関係をグラフ化して表現したＩ−Ｚカーブの例を示している。

図２に表されているように、試料５が対物レンズ４の集光位置Ｚ０にある場合には光検出器１１の出力は最大値Ｉｍａｘとなり、この集光位置Ｚ０から対物レンズ４の集光位置と試料５との相対位置が離れると光検出器１１の出力は急激に低下する。

輝度及び高さの測定では、この特性を利用して、光検出器１１の出力を輝度値とし、二次元走査機構３による試料５の表面上での集光点の二次元走査に同期させてコンピュータ１２が画像化を行い、得られた画像をモニタ１３に表示させる。この画像化により、試料５のある特定の高さの部分のみが画像化されるので、試料５を光学的にスライスした画像（共焦点顕微鏡画像）を、図１の共焦点顕微鏡システムで取得することができる。

更に、ここで、Ｚステージ８で試料５をＺ方向（対物レンズ４の光軸方向）に離散的に移動させながら、各Ｚ位置（対物レンズ４の集光位置と試料５との相対位置）で上述のようにしてコンピュータ１２が共焦点顕微鏡画像の取得を行う。そして、各共焦点顕微鏡画像における同一位置の画素について光検出器１１の出力信号が最大になるときのＺ位置を、共焦点顕微鏡画像の全ての画素について検出する。このようにすることにより、試料５表面の高さ情報（凹凸の情報）が、試料５の共焦点顕微鏡画像と当該共焦点顕微鏡画像を取得したときの試料５のＺ方向の位置との関係に基づいて得られる。更に、共焦点顕微鏡画像の各画素の輝度値を、そのＸＹ位置（Ｚ方向に垂直な平面上の位置）の画素において最大であったときの光検出器１１の出力信号に対応する輝度値とする。このようにすることで、試料５の表面全体に亘り凹凸に関わらずピントが合っている試料５の平面画像（エクステンド画像）を、図１の共焦点顕微鏡システムで得ることができる。また、コンピュータ１２は、以上のようにして得られる画像を、各種の設定指示の取得用の画面と共に、モニタ１３に表示させる。

次に、この共焦点顕微鏡システムを用いて行う輝度及び高さの測定の手順について説明する。
まず、コンピュータ１２は、所定の測定準備指示をユーザから受け取ると、Ｚステージ８を測定開始位置へ移動させる駆動制御を行うと共に、所望するＺ方向の測定範囲や試料５の表面の二次元走査範囲等を設定する処理を行う。なお、この設定内容は、必要に応じて参照（読み出し）可能なように、コンピュータ１２のメインメモリ若しくは記憶装置で保存しておく。

続いて、所定の測定開始指示をユーザから受け取ると、測定処理を開始する。すると、まず、コンピュータ１２は、設定されているＺ方向の測定範囲内を、設定されている移動ピッチΔＺずつＺステージ８を移動させながら、そのΔＺの移動毎に、設定されている二次元走査範囲で集光点の二次元走査を二次元走査機構３に行わせる処理を行う。そして、このときの二次元走査に同期させて光検出器１１の出力信号を取得する処理を行う。また、この出力信号を輝度値として画像化を行うと、試料５の共焦点顕微鏡画像が生成されるので、コンピュータ１２は、必要に応じて、この共焦点顕微鏡画像をモニタ１３に表示させる処理を行う。

このような処理をコンピュータ１２が行うことにより、試料５の表面での二次元走査範囲内の各点（各測定点）について、Ｚ方向の測定範囲内におけるΔＺ毎間隔の各Ｚ位置における光検出器１１の出力信号が取得される。図２に示したＩ−Ｚカーブ上で黒丸は、試料５の表面での所定の測定点について取得される、光検出器１１の出力信号例を示している。

次に、コンピュータ１２は、以下の処理を、試料５の表面の各測定点について行う。
まず、各Ｚ位置で取得された光検出器１１の出力信号のうち、その出力が最大となるＺ
位置とそのＺ位置の前後直近のＺ位置で得られた光検出器１１の出力信号を抽出する処理を各測定点で行う。そして、その３つのＺ位置での光検出器１１の出力信号より、近似二次曲線（変化曲線）を求める処理を行い、求められた曲線を、この測定点におけるＩ−Ｚカーブとする。

例えば、試料５の表面の所定の測定点について取得された光検出器１１の出力信号が、図２の黒丸で示した値であったとする。この場合には、光検出器１１の出力信号が最大となる点（Ｚ（ｋ），Ｉ（ｋ））と、その前後直近の点（Ｚ（ｋ−１），Ｉ（ｋ−１））及び、（Ｚ（ｋ＋１），Ｉ（ｋ＋１））との３点を通る近似二次曲線を求める処理がコンピュータ１２により行われる。

次に、コンピュータ１２は、求めた近似二次曲線において光検出器１１の出力信号が最大となるときの当該出力信号の大きさである最大光強度値と、その最大光強度値を与えるＺステージ８のＺ位置とを、当該近似二次曲線から推定する処理を行う。そして、この推定された最大光強度値とそれを与えるＺ位置とを、輝度（輝度情報）及び高さ（高さ情報）の測定結果として取得する処理を行う。

例えば、図２の例では、求められた近似二次曲線から、最大光強度Ｉｍａｘとそれを与えるＺステージ８の位置Ｚｏとを推定する処理がコンピュータ１２により行われ、推定されたＩｍａｘとＺｏとが、輝度及び高さの測定結果として取得される。

このような処理を、試料５の表面の各測定点についてコンピュータ１２が行うことにより、当該各測定点の輝度及び高さを、近似二次曲線を用いて取得することができる。従って、Ｚステージ８の移動ピッチΔＺの値を余り小さくしなくても、輝度及び高さの適切な測定結果を取得することができ、よって、処理時間を極度に長くしてしまうこともない。

次に図３について説明する。図３は、プロファイル表示部の機能構成を示している。
図１に示した共焦点顕微鏡システムにおけるコンピュータ１２は、所定のプログラムを演算処理装置で実行することで、このプロファイル表示部１０１として機能する。

プロファイル表示部１０１は、画像取得部１０２、演算部１０３、画像描画部１０４、プロファイル描画部１０５、及びプロファイルラインデータ取得部１０６としての機能を有している。

画像取得部１０２は、試料５の共焦点顕微鏡画像の取得を前述したようにして行う。そして、得られた共焦点顕微鏡画像から、前述したようにして輝度情報及び高さ情報の測定結果を取得し、取得した共焦点顕微鏡画像の画像データと、輝度情報及び高さ情報のデータとを、コンピュータ１２が備えている前述の記憶装置に格納しておく。なお、本実施形態においては、試料５の体積の計測を行うので、このうちの高さ情報のデータが、後述するプロファイルのデータとなる。

演算部１０３は、画像に対する種々の処理や、操作入力部１１０に対する操作に応じたモニタ１３での画像表示の制御処理などを行う。
画像描画部１０４は、画像取得部１０２が取得したデータを受け取り、当該データに基づいて試料５の平面画像（例えば前述したエクステンド画像）を構築し、その画像をモニタ１３に送付する。

モニタ１３は、この画像を表示画面１０７の画像表示領域１０８に配置して表示する。なお、このとき、画像表示領域１０８上には、後述する、プロファイルラインと処理対象領域（関心領域）の表示とが併せて表示される。

操作入力部１１０は、コンピュータ１２に接続されているマウス装置やキーボード装置などの入力装置である。ユーザが操作入力部１１０に対して所定の操作を行うことで、画像表示領域１０８に表示されている試料５の画像に対するプロファイルラインの位置の指定や処理対象領域（関心領域）の指定を行うことができる。

プロファイルラインデータ取得部１０６は、画像表示領域１０８上で指定されたプロファイルラインにより特定されるライン上の範囲のプロファイルのデータ（プロファイルラインデータ）を画像取得部１０２より取得してプロファイル描画部１０５に送る。

プロファイル描画部１０５は、プロファイルラインデータ取得部１０６からプロファイルデータを受け取り、隣接データ間を直線で結んでグラフ化し、そのグラフ化したプロファイルラインデータの画像（プロファイルグラフ）をモニタ１３に送付する。モニタ１３では、このようにして試料５の高さ情報に基づき構築されたプロファイルラインデータの画像が、表示画面１０７におけるプロファイル表示領域１０９に配置されて表示される。

次に図４について説明する。図４は、表示画面１０７の画面例を示している。
図４において、ヘッダーパネル２０２は、この共焦点顕微鏡システムの動作モードの切り替え指示の取得や、画像データの読み出し、画像の印刷、及びヘルプ機能の読み出し等に利用されるＧＵＩ（Graphical User Interface）部品群である。

図４の画面例では、ヘッダーパネル２０２として、画像取得モードを選択するための「顕微鏡」ボタン、解析モードを選択するための「計測」ボタン、及び、レポートモードを選択するための「レポート」ボタンが設けられている。ここで、画像取得モードは、試料５の輝度及び高さ情報の取得を行う動作モードであり、解析モードは、取得された画像に対して各種の処理や試料５の計測を施す動作モードである。また、レポートモードは、計測された結果をレポートとして編集及び出力する動作モードである。

なお、「顕微鏡」ボタン、「計測」ボタン、及び「レポート」ボタンは、いわゆるラジオボタンであるので、この３つのボタンのうちのいずれか１つのみの選択指示が可能である。図４の画面例では、「計測」ボタンが選択指示されており、解析モードでの動作が共焦点顕微鏡システムへ指示されている状態を示している。

この他、ヘッダーパネル２０２には、既に保存済みである画像の読み出し、共焦点顕微鏡システムに関する説明を提供するヘルプ機能の読み出し、画像の印刷等の指示の取得に利用されるアイコンボタンも設けられている。

メニューパネル２０３は、図４の画面例では、ヘッダーパネル２０２で「計測」ボタンが選択されて解析モードで動作する場合に表示されるものを示している。このときのメニューパネル２０３には、試料５について指示された計測対象部位に対して行う計測の種別の指示の取得に利用されるＧＵＩ部品が備えられている。なお、図４では、「体積計測」が選択指示されている状態、すなわち、画像表示パネル２０４に表示されている試料５についての体積の測定の指示がされている状態を示している。

画像表示パネル２０４には、図３における画像表示領域１０８が設けられており、試料５の平面画像が表示されると共に、プロファイルラインと処理対象領域表示とが表示される。

プロファイル表示パネル（水平領域）２０５及びプロファイル表示パネル（垂直領域）２０６は、どちらも、試料５についての、画像表示パネル２０４上で位置が指定されたプロファイルラインにより特定される表示範囲のプロファイルの画像を表示する。ここで、
画像表示パネル２０４上のプロファイルラインの傾きが、図４の表示画面における水平方向に対して４５度以下の場合には、プロファイル表示パネル（水平領域）２０５にプロファイルラインの画像（プロファイルグラフ）が表示される。一方、この傾きが図４の表示画面における水平方向に対して４５度よりも大きい場合には、プロファイル表示パネル（垂直領域）２０６にプロファイルラインの画像が表示される。

計測結果表示パネル２０７には、計測の結果を示す値が表示される。この計測結果の表示は、計測条件や計測対象部位の変更がなされると直ちに再計測が行われて更新される。
計測設定パネル２０８には、計測の条件の指示の取得に利用されるＧＵＩ部品が備えられている。図４の画面例では、メニューパネル２０３で「体積計測」が選択指示されている場合に、「矩形」ボタン、「円形」ボタン、及び「多角形」ボタンなる３つのラジオボタンが計測設定パネル２０８に設けられている。これらのボタンは、画像表示パネル２０４上で指定される処理対象領域（関心領域（ＲＯＩ：Region Of Interest）ともいう）の形状を、この３つから選択指示するためのものである。図４の画面例における計測設定パネル２０８には、この他に、「基準底面高さ」のスライドバーが設けられている。このスライドバーは、試料５の所定部位の体積計測のために設定される基準底面の高さの指示を取得するためのものである。なお、計測設定パネル２０８は、メニューパネル２０３での計測の種別の指示内容に応じ、備えられるＧＵＩ部品が切り替わる。

計測データシートパネル２０９では、計測結果表示パネル２０７に表示される計測結果の値を順次追加記録した表形式のデータシートが表示される。
ツールバー２１０には、画像表示パネル２０４に表示される試料５の画像の種別の選択指示の取得のためのＧＵＩ部品が備えられている。

画像データリストパネル２１２には、コンピュータ１２が備えている記憶装置に格納されていて読み出すことで表示可能な画像や、既に読み出し済みで画像表示パネル２０４に直ちに表示可能な画像のデータのリストが表示される。このリストからデータを選択する指示を行うと、画像表示パネル２０４の表示画像を切り替えることができる。

次に、図５について説明する。図５は、図４に示した表示画面１０７における画像表示パネル２０４及びプロファイル表示パネル（水平領域）２０５の部分拡大図である。
画像表示領域３０１は画像表示パネル２０４に設けられている領域であり、試料５の平面画像が表示されると共に、プロファイルライン３０２及び処理対象領域表示３０３が表示される。ここで、プロファイルライン３０２の位置並びに処理対象領域表示３０３の位置及びサイズは、ユーザが操作入力部１１０を操作して指定する。なお、処理対象領域表示３０３の形状の指定は、前述した計測設定パネル２０８のラジオボタンの選択により行われる。

プロファイル表示領域３０４は、プロファイル表示パネル（水平領域）２０５に設けられている領域である。プロファイル表示領域３０４では、試料５についての、画像表示領域３０１上で位置が指定されたプロファイルライン３０２により特定される表示範囲のプロファイルラインの画像（プロファイルグラフ）を表示する。

ここで、プロファイル表示領域３０４で表示されているプロファイルラインの画像における、処理対象領域表示３０３で指定された処理対象領域に対応する範囲の有無が判別される。ここで、指定された処理対象領域に対応する範囲がプロファイルラインの画像に存在する場合には、その処理対象領域に対応する範囲内の画像と、当該範囲外の画像とが異なる態様でプロファイル表示領域３０４に表示される。なお、本実施形態では、当該範囲内の画像（領域内プロファイルライン画像３０６）と、当該範囲外の画像（領域外プロファイルライン画像３０５）とを異なる色彩で表示するようにする。

なお、メニューパネル２０３で「体積計測」が選択指示されている場合には、プロファイル表示領域３０４に表示されるプロファイル画像上に基準底面高さ指定ライン３０７が表示される。基準底面高さ指定ライン３０７は、プロファイルライン画像上における基準底面の位置を示すものであり、ユーザが操作入力部１１０を操作して計測結果表示パネル２０７のツールバーを移動させると上下に移動する。なお、プロファイル表示領域３０４では、プロファイルライン画像上において、基準底面高さ指定ライン３０７で示される高さよりも試料５のプロファイルが高くなっている範囲が、体積測定対象領域３０８として、所定の色彩で塗りつぶして表示される。

次に図６について説明する。図６は、コンピュータ１２の各機能ブロックにより行われる画像表示制御処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、表示画面１０７における画像表示領域３０１及びプロファイル表示領域３０４での画像表示の制御を行うためのものである。

コンピュータ１２は、この画像表示制御処理をコンピュータ１２に行わせるための制御プログラムを自身の有する記憶装置に予め格納しておき、自身の有する演算処理装置が当該制御プログラムを読み出して実行することによって、この処理を実現する。なお、この処理は、図４に例示した表示画面をモニタ１３で表示させる処理をコンピュータ１２が行った後に続いて開始される。

図６において、まず、Ｓ４０１では、試料５についての画像データの取得処理が画像取得部１０２により行われる。この処理では、まず、試料５の共焦点顕微鏡画像の取得処理が行われ、次に、得られた共焦点顕微鏡画像から、前述したようにして輝度情報及び高さ情報の測定結果を取得する処理が行われる。そして、取得した共焦点顕微鏡画像の画像データと、輝度情報及び高さ情報のデータとを、試料５についての画像データとして、コンピュータ１２が備えている前述の記憶装置に格納しておく処理が行われる。前述したように、本実施形態においては、試料５の体積の計測を行うので、試料５についての画像データのうちの高さ情報のデータがプロファイルラインデータとなる。

次に、Ｓ４０２では、画像データの描画処理が演算部１０３及び画像描画部１０４で行われる。この処理では、まず、画像取得部１０２により得られた試料５についての画像データに対し、種々の画像処理（コントラスト処理、ノイズ除去処理など）が演算部１０３により行われる。次に、その処理後の画像データに基づき、試料５の平面画像（例えば前述したエクステンド画像）を構築し、その画像をモニタ１３に送付して、表示画面１０７の画像表示領域１０８（３０１）に配置して表示させる。

なお、ここで、画像表示領域１０８（３０１）に表示させる試料５の画像の種別は、ユーザが操作入力部１１０を操作してツールバー２１０に設けられているアイコンボタンのうちのいずれかを押下指示することにより切り替えることができる。画像描画部１０４は、この押下指示を取得したときには、当該指示に係る種別の画像データを構築し、その画像をモニタ１３に送付して、表示画面１０７の画像表示領域１０８（３０１）に配置してその表示を更新させる処理を行う。

次に、Ｓ４０３では、プロファイルライン３０２の位置指定取得処理が演算部１０３により行われる。この処理では、まず、ユーザが操作入力部１１０を操作して行ったプロファイルライン３０２の画像表示領域１０８（３０１）上での位置の指定指示を取得する処理が行われる。そして、次に、画像表示領域１０８（３０１）上における当該指示に係る位置にプロファイルライン３０２を移動して表示する処理が行われる。

次に、Ｓ４０４では、位置が指定されたプロファイルライン３０２により特定されるライン上の範囲のプロファイルラインデータを取得する処理がプロファイルラインデータ取得部１０６により行われる。この処理では、まず、プロファイルライン３０２の位置情報を、演算部１０３から取得する処理が行われる。なお、プロファイルライン３０２の位置情報は、画像表示領域１０８（３０１）の左上を原点としたＸＹ座標系（二次元直交座標系）で表現される。そして、次に、このプロファイルライン３０２の位置に対応するプロファイルラインデータを画像取得部１０２より取得する処理が行われる。

次に、Ｓ４０５では、プロファイルラインの画像（プロファイルグラフ）の描画処理がプロファイル描画部１０５により行われる。この処理では、まず、プロファイルラインデータ取得部１０６が取得したプロファイルラインデータを受け取り、隣接データ間を直線で結んでグラフ化してプロファイルグラフを構築する処理が行われる。そして、得られたプロファイルグラフをモニタ１３に送付して、表示画面１０７におけるプロファイル表示領域１０９（３０４）に配置し表示させる処理が行われる。なお、このとき、プロファイルグラフの線色は単色とする。ここで、その色を操作者が指定できるようにしてもよい。

次に、Ｓ４０６では、処理対象領域表示３０３の指定取得処理が演算部１０３により行われる。この処理では、まず、ユーザが操作入力部１１０を操作して行った処理対象領域（ＲＯＩ）の画像表示領域１０８（３０１）上での形状、位置、及び大きさの指定指示を取得する処理が行われる。そして、次に、画像表示領域１０８（３０１）上における当該指示に係る位置に、当該指示に係る形状及び大きさで処理対象領域表示３０３を表示する処理が行われる。なお、前述したように、処理対象領域の形状の指定指示は、計測設定パネル２０８に設けられているボタンの選択により行われるが、その他の形状の指示が可能であってもよい。また、処理対象領域は、画像表示領域１０８（３０１）上に複数指定される場合もある。更に、処理対象領域は、画像表示領域１０８（３０１）上に指定された形状の内側とは限らず、ユーザからの指示により当該形状の外側が選択される場合もある。

次に、Ｓ４０７では、処理対象領域表示３０３内にプロファイルライン３０２が存在するか否かを判定する処理が演算部１０３により行われる。この処理では、指定された処理対象領域表示３０３の範囲についての、前述したＸＹ座標系における座標情報を取得する処理が行われる。そして、この座標情報と、前述したプロファイルライン３０２の位置情報とに基づき、処理対象領域表示３０３内にプロファイルライン３０２が存在するか否かを判定する処理が行われる。この判定処理において、処理対象領域表示３０３内にプロファイルライン３０２が一部でも存在すると判定されたとき（判定結果がＹｅｓのとき）にはＳ４０８に処理を進める。一方、処理対象領域表示３０３内にプロファイルライン３０２が存在する部分が全くないと判定されたとき（判定結果がＮｏのとき）には、この画像表示制御処理を終了する。

Ｓ４０８では、処理対象領域表示３０３に含まれるプロファイルライン３０２の位置を特定する処理が演算部１０３により行われる。この処理では、プロファイルライン処理対象データを作成する処理が行われる。プロファイルライン処理対象データは、Ｓ４０４の処理でプロファイルラインデータ取得部１０６が取得したプロファイルラインデータを、処理対象領域表示３０３に含まれる位置についてのものと含まれない位置についてのものとに分別した結果を示すものである。すなわち、処理対象領域表示３０３に含まれる位置についてのプロファイルラインデータに対応するプロファイルライン処理対象データは値が「１」とされ、その他のプロファイルラインデータに対応するプロファイルライン処理対象データは値が「０」とされる。従って、プロファイルライン処理対象データとプロファイルラインデータと同一のデータ数となる。なお、プロファイルライン処理対象データの値は、処理対象領域表示３０３の座標情報と、プロファイルライン処理対象データが対
応するプロファイルラインデータの位置を示す座標とに基づき設定される。

次に、Ｓ４０９では、プロファイル表示領域１０９（３０４）で表示されているプロファイルラインの画像のうち、プロファイルライン３０２が処理対象領域表示３０３に含まれる部分を異なる色彩で再描画する処理がプロファイル描画部１０５により行われる。この処理では、まず、プロファイルラインデータ取得部１０６が取得したプロファイルラインデータを受け取り、隣接データ間を直線で結んでグラフ化してプロファイルグラフを構築する処理が行われる。なお、この処理において、前述したプロファイルライン処理対象データの値も順次確認し、その値が「１」になったときには、グラフの線の色を異なる色に変更する。その後もプロファイルライン処理対象データの値を順次確認し、その値が「０」になったときには、グラフの線の色を当該変更前の元の色に戻す。そして、このように得られたプロファイルグラフをモニタ１３に送付して、表示画面１０７におけるプロファイル表示領域１０９（３０４）に配置し表示させる処理が行われ、再描画が完了する。

なお、このＳ４０９の処理では、プロファイルラインの画像における、処理対象領域（ＲＯＩ）の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを、異なる色彩として識別容易にしていた。この代わりに、プロファイル描画部１０５が、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを、異なる輝度にしてモニタ１３に表示させるようにしてもよい。

また、この代わりに、プロファイル描画部１０５が、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とのどちらか一方を透かし画像（半透過画像）にしてモニタ１３に表示させるようにしてもよい。

あるいは、この代わりに、プロファイル描画部１０５が、処理対象領域の範囲内の画像におけるプロファイルグラフの線種と、該範囲外の画像におけるプロファイルグラフの線種とを異なるものにしてモニタ１３に表示させるようにしてもよい。なお、このようにする場合におけるプロファイルグラフの線種として、例えば、実線、破線、点線、鎖線などを用いることができる。

また、この代わりに、プロファイル描画部１０５が、処理対象領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とのどちらか一方の背景をその他方の背景と異なる色彩若しくは模様（例えば無地と網掛けなど）にして表示させるようにしてもよい。

更には、上述した、色彩の相違、輝度の相違、透かし画像と不透明画像との相違、線種の相違、及び、背景の色彩若しくは模様の相違のうちのいずれか２以上を組み合わせて、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを識別を容易にしてもよい。

以上のＳ４０９の処理を終えたときには、この画像表示制御処理を終了する。
以上までの処理が画像表示制御処理である。この処理をコンピュータ１２が行うことにより、モニタ１３で表示されているプロファイルラインの画像における、処理対象領域（ＲＯＩ）の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを、異なる態様にして表示させることが可能になる。

なお、本実施形態では、画像表示領域１０８（３０１）上でのプロファイルライン３０２の指定の手法として、水平線指定を採用している。この水平線指定は、図４の表示画面における水平方向で画像表示領域１０８（３０１）の端から端に伸びる直線の位置を上下に移動させて、プロファイルライン３０２を指定するというものである。この他のプロファイルライン３０２の指定の手法として、垂直線指定、斜線指定、垂線指定、平行線指定、折れ線指定、３点円指定、２点円指定、線の回転指定、及び線分指定のいずれを採用してもよい。また、これらの指定の手法のうちのいずれか１つを選択可能とし、選択された
手法によりプロファイルライン３０２の指定を行うようにしてもよい。

ここで、垂直線指定とは、図４の表示画面における垂直方向で画像表示領域１０８（３０１）の端から端に伸びる直線の位置を左右に移動させて、プロファイルライン３０２を指定するというものである。また、斜線指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意の２点を指定すると、その２点を通り、且つ、画像表示領域１０８（３０１）の端から端に伸びる直線をプロファイルライン３０２とするというものである。また、垂線指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意の２点を指定し、更に画像表示領域１０８上に任意の１点を指定する。すると、その２点を通る直線に対して垂直であって、且つ、その１点を通り、更に、画像表示領域１０８（３０１）の端から端に伸びる直線をプロファイルライン３０２として指定するというものである。また、平行線指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意の２点を指定し、更に画像表示領域１０８（３０１）上に任意の１点を指定する。すると、その２点を通る直線に対して平行であって、且つ、その１点を通り、更に、画像表示領域１０８（３０１）の端から端に伸びる直線をプロファイルライン３０２として指定するというものである。また、折れ線指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意に指定した点を指定順に結ぶ直線を繋げてプロファイルライン３０２として指定するというものである。また、３点円指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意に指定した３点を通る円周をプロファイルライン３０２として指定するというものである。また、２点円指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意の１点を指定し、更に画像表示領域１０８上に任意の１点を指定する。すると、先に指定した１点を中心とし、円周が後に指定した１点を通る円の当該円周をプロファイルライン３０２として指定するというものである。また、線の回転指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意の１点を指定する。そして、この１点を通り画像表示領域１０８（３０１）の端から端に伸びる直線を回転させてプロファイルライン３０２を指定するというものである。また、線分指定とは、画像表示領域１０８（３０１）上に任意に指定した２点を結ぶ線分をプロファイルライン３０２として指定するというものである。

また、図６のＳ４０５及びＳ４０９の処理に関し、図４の画面例のように、プロファイル表示領域１０９として、プロファイル表示パネル（水平領域）２０５及びプロファイル表示パネル（垂直領域）２０６が設けられている場合がある。この場合には、プロファイル描画部１０５に行わせるプロファイルラインの画像の描画を、このどちらで行うかを、プロファイルライン３０２の種別及び傾きに基づき演算部１０３が決定するようにする。すなわち、例えば、プロファイルライン３０２が直線の場合には、その直線が画像表示領域１０８（３０１）の水平方向を示すＸ軸に対し４５度以下の角度であるときには、プロファイル表示パネル（水平領域）２０５にてプロファイルラインの画像の描画を行わせる。一方、この場合において、当該Ｘ軸に対し４５度よりも大きい角度であるときには、プロファイル表示パネル（垂直領域）２０６にてプロファイルラインの画像の描画を行わせる。また、ここで、プロファイルライン３０２が直線以外である場合には、常にプロファイル表示パネル（水平領域）２０５にてプロファイルラインの画像の描画を行わせる。但し、この代わりに、プロファイル描画部１０５に行わせるプロファイルラインの画像の描画をどちらで行わせるかを、ユーザからの指示に従うようにしてもよく、また、常に、このどちらか一方のみで表示するようにしてもよい。

また、図６のＳ４０５処理に関し、試料５の共焦点顕微鏡画像の取得が改めて行われてプロファイルラインデータが更新される場合がある。この場合には、プロファイル描画部１０５はプロファイルグラフの描画処理を直ちに実行し、プロファイルグラフの表示の更新を行うようにする。また、図６のＳ４０７の処理に関し、画像表示領域１０８（３０１）上でのプロファイルライン３０２の位置や処理対象領域表示３０３の形状、位置、及び大きさの指定の指示が変更される場合がある。この変更がされた場合には、演算部１０３は、処理対象領域表示３０３内にプロファイルライン３０２が存在するか否かを判定する
処理を直ちに実行する。そして、処理対象領域表示３０３内にプロファイルライン３０２が存在すると判定したときにはＳ４０８及びＳ４０９の処理を実施し、プロファイルラインの画像における、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを異なる色彩でモニタ１３に表示させる。

また、図６のＳ４０８及びＳ４０９の処理に関し、プロファイルラインの画像における、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを、異なる色彩とするために、他の手法を採用してもよい。例えば、プロファイルライン３０２全体に亘るプロファイルラインの画像と異なる色彩で、処理対象領域の範囲内のプロファイルラインの画像を構築する。そして、構築した画像を、プロファイルライン３０２全体に亘るプロファイルラインの画像に重ねて表示するようにしても、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とを、異なる色彩とすることができる。

次に図７について説明する。図７は、コンピュータ１２の演算部１０３により行われる体積測定処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、処理対象領域（ＲＯＩ）の指示と基準底面の高さの指示とを取得して、試料５において当該処理対象領域内であって当該基準底面よりも高い部位の体積を算出する処理である。

コンピュータ１２は、この体積測定処理をコンピュータ１２に行わせるための制御プログラムを自身の有する記憶装置に予め格納しておき、自身の有する演算処理装置が当該制御プログラムを読み出して実行することによって、この処理を実現する。なお、この処理は、図６の表示制御処理が実行された後に開始される。

図７において、まず、Ｓ５０１では、処理対象領域表示３０３の指定取得処理が行われる。この処理では、前述した図６のＳ４０６の処理と同様、まず、ユーザが操作入力部１１０を操作して行った処理対象領域の画像表示領域１０８（３０１）上での形状、位置、及び大きさの指定指示を取得する処理が行われる。そして、次に、画像表示領域１０８（３０１）上における当該指示に係る位置に、当該指示に係る形状及び大きさで処理対象領域表示３０３を表示する処理が行われる。

次に、Ｓ５０２では、基準底面の高さの指示を取得する処理が行われる。この処理では、この処理では、まず、ユーザが操作入力部１１０を操作して行った、計測設定パネル２０８における「基準底面高さ」のスライドバーの移動指示を取得する処理が行われる。そして、次に、プロファイル表示領域１０９（３０４）で表示されているプロファイルラインの画像上における当該指示に係る移動後の位置に基準底面高さ指定ライン３０７を表示する処理が行われる。ここで、プロファイルラインの画像における、処理対象領域の範囲内の画像と当該範囲外の画像とが、異なる色彩で表示されているので、ユーザは、この色彩の違いに注目すれば、基準底面高さ指定ライン３０７の位置の指定を容易に行うことがてきる。

次に、Ｓ５０３では、体積測定対象領域３０８の体積を算出する処理が行われる。この処理では、試料５において処理対象領域内であって基準底面よりも高い部位のプロファイルラインデータと当該基準底面との差を累積加算する処理を行って、体積の算出が行われる。そして、得られた値を、体積の測定結果として計測結果表示パネル２０７に表示すると共に、計測データシートパネル２０９のデータシートに追加記録する処理が行われ、その後はこの図７の処理を終了する。

以上までの処理が体積測定処理である。この処理をコンピュータ１２が行うことにより、試料５において処理対象領域内であって基準底面よりも高い部位の体積が求まり、モニタ１３で表示させることが可能になる。

以上のように、図１の共焦点顕微鏡システムによれば、画像の計測処理や画像処理の対象領域を限定し、その処理における設定や処理自身にプロファイルラインを用いる場合に、プロファイルラインの表示が処理対象領域と関連付けて色分け表示される。従って、処理対象領域内外の処理条件に応じた正確な計測処理や適切な画像処理を行うことが可能となる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限定されることなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良・変更が可能である。

本発明を実施する共焦点顕微鏡システムの構成を示す図である。 図１の共焦点顕微鏡システムにおけるＩ−Ｚカーブの例を示す図である。 図１におけるコンピュータの機能構成を示す図である。 表示画面の画面例を示す図である。 図４に示した表示画面における画像表示パネル及びプロファイル表示パネル（水平領域）の部分拡大図である。 画像表示制御処理の処理内容をフローチャートで示した図である。 体積測定処理の処理内容をフローチャートで示した図である。

符号の説明

１ レーザ光源
２ ビームスプリッタ
３ 二次元走査機構
４ 対物レンズ
５ 試料
６ 試料台
８ Ｚステージ
９ 結像レンズ
１０ ピンホール
１１ 光検出器
１２ コンピュータ
１３ モニタ
１０１ プロファイル表示部
１０２ 画像取得部
１０３ 演算部
１０４ 画像描画部
１０５ プロファイル描画部
１０６ プロファイルラインデータ取得部
１０７ 表示画面
１０８、３０１ 画像表示領域
１０９、３０４ プロファイル表示領域
１１０ 操作入力部
２０２ ヘッダーパネル
２０３ メニューパネル
２０４ 画像表示パネル
２０５ プロファイル表示パネル（水平領域）
２０６ プロファイル表示パネル（垂直領域）
２０７ 計測結果表示パネル
２０８ 計測設定パネル
２０９ 計測データシートパネル
２１０ ツールバー
２１２ 画像データリストパネル
３０２ プロファイルライン
３０３ 処理対象領域表示
３０５ 領域外プロファイルライン画像
３０６ 領域内プロファイルライン画像
３０７ 基準底面高さ指定ライン
３０８ 体積測定対象領域

Claims (9)

1. 試料の共焦点顕微鏡画像を取得する共焦点顕微鏡画像取得手段と、
   該共焦点顕微鏡画像取得手段が取得する該試料の共焦点顕微鏡画像と該共焦点顕微鏡画像を取得したときの該試料の光軸方向の位置との関係に基づき、該試料の高さ情報を取得する高さ情報取得手段と、
   該試料の平面画像を表示する平面画像表示手段と、
   該試料のプロファイルを表すプロファイル画像における該プロファイルの表示範囲を、該平面画像表示手段に表示されている該平面画像に対して指定するプロファイル範囲指定手段と、
   該プロファイル範囲指定手段により指定された表示範囲の該プロファイル画像を、該高さ情報取得手段が取得する該試料の高さ情報に基づいて構築して表示するプロファイル画像表示手段と、
   該試料における関心領域を、該平面画像表示手段に表示されている該平面画像上に対して指定する関心領域指定手段と、
   該プロファイル画像表示手段に表示される該プロファイル画像上に、該プロファイル画像における基準底面位置を示す基準底面高さラインを移動可能に表示する基準底面位置表示手段と、
   該プロファイル画像において該関心領域に対応する範囲を、該関心領域指定手段による該関心領域の指定情報、該プロファイル範囲指定手段による該プロファイル画像の表示範囲の指定情報、及び該基準底面位置表示手段による該基準底面高さラインの位置情報に基づき判別する関心領域範囲判別手段と、
   該プロファイル画像表示手段に表示されているプロファイル画像における、該関心領域範囲判別手段で判別される該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とを、異なる態様にして表示させるプロファイル画像表示制御手段と、
   該関心領域範囲判別手段で判別された該関心領域範囲内の体積を算出する演算手段と、
   を有することを特徴とする共焦点顕微鏡システム。
2. 該関心領域指定手段による関心領域の指定は、該平面画像表示手段上において、関心領域を示す形状、位置、及び大きさにより指定することを特徴とする請求項１に記載の共焦点顕微鏡システム。
3. 該関心領域指定手段による関心領域の指定は、関心領域の形状を表す選択可能なボタンを指示することにより指定することを特徴とする請求項１または２に記載の共焦点顕微鏡システム。
4. 該選択可能なボタンは、矩形、円形、多角形のいづれかからなることを特徴とする請求項３に記載の共焦点顕微鏡システム。
5. 該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とを異なる色彩にして表示させることを特徴とする請求項１から４のうちのいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡システム。
6. 該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とを異なる輝度にして表示させることを特徴とする請求項１から５のうちのいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡システム。
7. 該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とのどちらか一方を透かし画像にして表示させることを特徴とする請求項１から６のうちのいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡システム。
8. 該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像において該試料のプロファイルを表しているプロファイルグラフの線種と、該範囲外の画像において該試料のプロファイルを表しているプロファイルグラフの線種とを異なるものにして表示させることを特徴とする請求項１から７のうちのいずれか一項に記載の共焦点顕微鏡システム。
9. 該プロファイル画像表示制御手段は、該関心領域の範囲内の画像と該範囲外の画像とのどちらか一方の背景をその他方の背景と異なる色彩若しくは模様にして表示させることを特徴とする請求項１から８のうちのいずれか１項に記載の共焦点顕微鏡システム。