JP2000066110A

JP2000066110A - 顕微鏡

Info

Publication number: JP2000066110A
Application number: JP10247851A
Authority: JP
Inventors: Yasushi Oki; 裕史大木; Katsumi Ogino; 克美荻野
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1998-08-18
Filing date: 1998-08-18
Publication date: 2000-03-03

Abstract

(57)【要約】【課題】試料の変形、変色等の損傷が少ない顕微鏡を提
供する。【解決手段】試料Ａ上での照明光の照度を低減する照度
低減手段１ａと、処理装置９に入力される画像信号の変
化量を検出し、変化量に応じて照度低減手段１ａと処理
装置９とを制御する制御手段１１とを備えた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、工業顕微鏡等の顕
微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、解像力の高い光学的顕微鏡の需要
に伴って、使用波長の短波長化が進んでいる。従来の顕
微鏡の構成を、以下簡単に説明する。光源より発した照
明光は、照明レンズを透過して、ハーフミラーに入射す
る。ハーフミラーに入射した照明光のうちハーフミラー
で反射した照明光は、対物レンズを透過してステージ上
に載置された試料を照射する。ここで、光軸方向をＺ方
向とし、Ｚ方向と直交する平面内で互いに直交する２方
向をＸ、Ｙ方向とすると、ステージはステージ駆動系に
て、ＸＹＺ方向に移動可能となっている。

【０００３】試料で反射した観察光は、対物レンズを透
過して、ハーフミラーに入射する。ハーフミラーを透過
した観察光は、結像レンズを透過してイメージセンサー
上に結像する。イメージセンサーの出力信号は、ビデオ
信号処理回路にて画像信号に変換された後、モニターに
転送される。これによって、試料の画像がモニター上に
表示される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の顕微鏡にお
いて、観察者がほとんど静止状態にある試料の画像を長
時間眺める場合、試料には照明光が連続的に照射され、
試料が変形、変色等の損傷を受けていた。これは、試料
に照射される光のエネルギーが徐々に高くなるからであ
る。このような現象は、照明光を微小なスポットに集光
させるレーザー走査顕微鏡においては、特に顕著に現れ
ていた。

【０００５】このような試料上の光のエネルギー、すな
わち、照明光の照射量は、照度と照射時間との積で求ま
る。試料が受ける損傷の程度は、この照射量と相関があ
る。すなわち、照射量が大きいと試料の損傷は大きく、
照射量が小さいと試料の損傷は小さくなる。そして、試
料の損傷が大きい場合、その試料を再度観察、測定する
ときの再現性が低下するばかりか、試料が製品であれば
その品質を低下させることになる。また、試料が微生物
等の生物であれば、その生物を死に至らせることもあ
る。したがって本発明は、試料の変形、変色等の損傷が
少ない顕微鏡を提供することを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するためになされたものであり、すなわち、添付図面に
付した符号をカッコ内に付記すると、本発明は、光源
（１）と、光源（１）より発した照明光を試料（Ａ）に
照射する照明光学系（２〜４）と、試料（Ａ）を載置す
るステージ（５）と、試料（Ａ）より発した観察光を集
光する結像光学系（４〜７）と、結像光学系（４〜７）
を通過した観察光を検出する検出器（８）と、検出器
（８）からの信号を処理する処理装置（９）と、処理装
置（９）からの画像信号に基づいて試料（Ａ）の画像を
表示するモニター（１０）とを有する顕微鏡において、
試料（Ａ）上での照明光の照度を低減する照度低減手段
（１ａ）と、処理装置（９）に入力される画像信号の変
化量を検出し、変化量に応じて照度低減手段（１ａ）と
処理装置（９）とを制御する制御手段（１１）とを備え
たことを特徴とする顕微鏡である。

【０００７】以上の構成により、試料面への照明光の照
射量は減少して、試料の受ける損傷を減少させることが
できる。以下、本発明の作用について詳しく説明する。
一般に、工業分野、生物分野を問わず顕微鏡において
は、画像観察を行うときには観察の精度を維持するた
め、照度をむやみに下げることはできない。しかし、前
述したように、観察者はほとんど静止状態にある試料の
画像を長時間眺める場合がある。このようなとき、モニ
ター上の画像は実質的に変化していない状態である。

【０００８】したがって、このような状態となった瞬間
又は予め定められた時間経過した後に、照明光の照度を
低減すれば、試料の損傷を防ぐことができる。このと
き、モニター上には、照度が低減される直前の画像をフ
リーズ（固定）して表示する。こうすれば、画像は変化
していないので、観察に不都合を生じることはない。ま
た、照度は低減しているので、試料の損傷も防ぐことが
できる。そして、画像に変化が生じたとき、モニター上
の画面を、速やかに動画像（ライブ画像）に戻す。

【０００９】ここで、画像の変化を検知するために、画
像をフリーズしている間も、一定時間の間隔をおいて短
時間の画像取り込みを行う。そして、その前後の画像が
変化したかどうかを判定する。画像に変化がないと判定
したときは、間欠的な画像取り込みを継続して行う。そ
して、画像に変化があると判定したときは、連続的な画
像取り込みを行い、動画像に戻る。

【００１０】以上のように、モニター上の画像が実質的
に変化していないとき、試料への照明を間欠的に行うの
で、照明光の照射量は減少する。そして、画像が刻々と
変化している場合、例えば、試料上の所望の位置を探し
ている場合や、ピント位置を調整している場合や、生物
試料等が生きて動いている場合等、モニター上には常に
動画像が表示される。これとは逆に、試料が静止状態に
なった場合、例えば、位置調整、ピント調整が終了した
場合等、間欠的な画像取り込み状態に移行する。ここ
で、画像の変化を検知するための装置構成としては、例
えば、複数画面の画像データを記憶できるメモリと、そ
れらの情報から画像を比較し変化を判定する電気処理系
とを設けることが好ましい。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図面によっ
て説明する。図１は、本発明による顕微鏡の第１実施例
である。光源１より発した照明光は、照明レンズ２を透
過して、ハーフミラー３に入射する。ここで、光源１の
出力は、光源制御装置１ａによって制御されている。ハ
ーフミラー３に入射した照明光のうちハーフミラー３で
反射した照明光は、対物レンズ４を透過してステージ５
上に載置された試料Ａを照射する。ここで、ステージ５
はステージ駆動系６にて、ＸＹＺ方向に移動可能となっ
ている。試料Ａで反射した観察光は、対物レンズ４を透
過して、ハーフミラー３に入射する。ハーフミラー３を
透過した観察光は、結像レンズ７を透過してイメージセ
ンサー８上に結像する。そして、連続画像取り込み状態
では、イメージセンサー８の出力信号は、ビデオ信号処
理系９にて画像信号に変換された後、モニター１０に転
送される。このように、連続画像取り込み状態では、連
続的に試料Ａが照明され、試料Ａの動画像がモニター１
０上に表示される。

【００１２】また、ビデオ信号処理系９で変換された画
像信号は、画像判定回路１１にも転送される。画像判定
回路１１では、転送された画像信号に基づいて画像の変
化の有無を判定する。ここで、画像判定回路１１は、複
数の画像データを記憶できるメモリと、それらのデータ
から画像の変化の有無を判定する判定処理系とで構成さ
れる。ここで、判定処理系としては、例えば、以下のよ
うなアルゴリズムとなる。まず、メモリ内に記憶された
２つの画像データについて、ピクセル毎に輝度信号の差
をとる。そして、その自乗和が予め定めた値以上となる
場合に画像変化が有りと判定し、自乗和が予め定めた値
未満となる場合に画像変化がなしと判定する。なお、画
像変化に対する判定アルゴリズムは、これ以外にも色々
なアルゴリズムが可能である。

【００１３】画像判定回路１１にて、予め定められた時
間を超えて画像が変化していないと判断された場合、一
旦、光源１の電源をオフにし、且つビデオ信号処理系９
における画像取り込みを中止する。そして、モニター１
０上には、光源１の電源がオフとなる直前の画像が静止
画として表示される。その後、一定時間毎に試料Ａへの
照明と、そのときの画像取り込みを行う間欠画像取り込
み状態に移行する。すなわち、光源１の電源は周期的に
オン、オフを繰り返し、それに合わせて画像取り込みが
行われる。このときの画像信号は画像判定回路１１に転
送されて、画像の変化の有無が判定される。そして、画
像変化が有ると判定された場合は、直ちに光源１の電源
をオンとし、連続画像取り込み状態に復帰する。

【００１４】以上のように、本第１実施例では、試料Ａ
に不必要な照明光を照射することを避けて、試料Ａの損
傷を効果的に低減することができる。なお、本第１実施
例では、光源１の出力をオン、オフすることにより、試
料Ａに至る照度の低減をおこなったが、その代わりに、
光源１の出力を低下させても、例えば１割以下となるよ
うに絞っても良い。また、光源１からステージ５までの
照明光の光路中に遮光板を挿入し、この遮光板の開閉動
作によって照明光を遮断、解除しても良い。その際、照
明光を完全に遮光できなくても、ある程度照度を低下で
きれば、例えば、照射光の照度を１割以下にすることが
できる減光板でも良い。

【００１５】次に、図２にて、本発明による顕微鏡の第
２実施例を示す。図２は、共焦点型のレーザー走査顕微
鏡である。レーザー光源２１より発した照明光は、照明
レンズ２を透過して、ハーフミラー３に入射する。ハー
フミラー３で反射した照明光は、２次元光ビーム走査手
段２４、対物レンズ４を通過してステージ５上の試料Ａ
の表面に微小なレーザースポットを形成する。試料Ａで
反射した観察光は、対物レンズ４、２次元光ビーム走査
手段２４を通過して、ハーフミラー３に入射する。ハー
フミラー３を透過した観察光は、集光レンズ２８を透過
して、ピンホール２９上に再びスポットを形成する。ピ
ンホール２９を通過した観察光は、検出器３０に入射す
る。検出器３０に入射した観察光は光電変換されて、２
次元光ビーム走査手段２４からの制御信号と共に、信号
処理系３１に入力された後、モニター１０に転送され
る。これによって、試料Ａの拡大像がモニター１０上に
表示される。

【００１６】本第２実施例においても、前記第１実施例
と同様に、信号処理系３１で変換された画像信号は、画
像判定回路１１にも転送される。画像判定回路１１で
は、転送された画像信号に基づいて画像の変化の有無を
判定する。画像判定回路１１にて、予め定められた時間
を超えて画像が変化していないと判断された場合、一
旦、遮光板３５は照明光の光路内に移動し、且つ信号処
理系３１における画像取り込みを中止する。そして、モ
ニター１０上には、遮光板３５が照明光を遮断する直前
の画像が静止画として表示される。その後、一定時間毎
に試料Ａへの照明と、そのときの画像取り込みを行う間
欠画像取り込み状態に移行する。すなわち、遮光板３５
は周期的に光路内外へ移動を繰り返し、それに合わせて
画像取り込みが行われる。このときの画像信号は画像判
定回路１１に転送されて、画像の変化の有無が判定され
る。そして、画像変化が有ると判定された場合は、直ち
に遮光板３５を光路外へ移動し、連続画像取り込み状態
に復帰する。

【００１７】以上のように、本第２実施例においても、
前記第１実施例と同様に、試料Ａに不必要な照明光を照
射することを避けて、試料Ａの損傷を効果的に低減する
ことができる。また、本第２実施例においては、レーザ
ー光源２１を用いているため、その波長領域が短い。波
長が可視域より短い場合、例えば紫外域〜軟Ｘ線領域の
短波長領域である場合、不必要な照明光の照射を避け
て、試料の損傷を低減することが特に重要となる。な
お、本実施例では、反射照明型の顕微鏡について説明し
たが、本発明は、透過照明型の顕微鏡にも適用できる。
また、本実施例における顕微鏡は、モニター１０上で試
料Ａの計測を行うことで測定装置として用いることもで
きる。

【００１８】

【発明の効果】以上のように本発明では、画像の変化が
ないときに試料が受ける照明光の照度を低減できるの
で、試料の損傷の少ない顕微鏡を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例による顕微鏡を示す概略図
である。

【図２】本発明の第２実施例による顕微鏡を示す概略図
である。

【符号の説明】

１…光源１ａ…光源制御装置２…照明レンズ３…ハーフミラー４…対物レンズ５…ステージ６…ステージ駆動系７…結像レンズ８…イメージセンサ
ー９…ビデオ信号処理系１０…モニター１１…画像判定回路２１…レーザー光源２４…２次元光ビー
ム走査手段２８…集光レンズ２９…ピンホール３０…検出器３１…信号処理系３５…遮光板Ａ…試料

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Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源と、該光源より発した照明光を試料に
照射する照明光学系と、前記試料を載置するステージ
と、前記試料より発した観察光を集光する結像光学系
と、該結像光学系を通過した前記観察光を検出する検出
器と、該検出器からの信号を処理する処理装置と、該処
理装置からの画像信号に基づいて前記試料の画像を表示
するモニターとを有する顕微鏡において、前記試料上での前記照明光の照度を低減する照度低減手
段と、前記処理装置に入力される画像信号の変化量を検出し、
当該変化量に応じて前記照度低減手段と処理装置とを制
御する制御手段とを備えたことを特徴とする顕微鏡。
【請求項２】前記制御手段は、前記画像信号の変化量が
予め定めた値未満のとき、前記照度を低減するように前
記照度低減手段を制御し、その直前の画像信号を静止画
像として前記モニターに送るように前記処理装置を制御
することを特徴とする請求項１記載の顕微鏡。
【請求項３】前記制御手段は、前記画像信号の変化量が
予め定めた値未満のとき、前記照度を間欠的に低減する
ように前記照度低減手段を制御し、それに対応して静止
画像と動画像とを間欠的に前記モニター上に送るように
前記処理装置を制御することを特徴とする請求項２記載
の顕微鏡。
【請求項４】前記制御手段は、前記画像信号の変化量が
予め定めた値以上のとき、前記照度が前記試料の画像を
表示するのに充分な照度となるように前記照度低減手段
を制御し、そのときの画像信号を動画像として前記モニ
ターに送るように前記処理装置を制御することを特徴と
する請求項１〜３のいずれか１項記載の顕微鏡。
【請求項５】前記制御手段は、複数の画面情報を記憶す
るメモリーを有し、該複数の画像情報を比較することで前記画像信号の変化
量を検出することを特徴とする請求項１〜４のいずれか
１項記載の顕微鏡。
【請求項６】前記照度低減手段は、光源の出力を調整す
るものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれか
１項記載の顕微鏡。
【請求項７】前記照度低減手段は、前記照明光の光路中
に挿脱自在に配置された遮光板又は減光板によって形成
されたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項記
載の顕微鏡。
【請求項８】前記光源は、コヒーレント光源であり、前記照明光学系は、前記照明光を前記試料の面方向に２
次元的に走査する走査手段を有し、前記処理装置は、前記検出器からの信号と前記走査手段
からの信号とを処理することを特徴とする請求項１〜７
のいずれか１項記載の顕微鏡。
【請求項９】前記顕微鏡は共焦点型のレーザー走査顕微
鏡であることを特徴とする請求項８記載の顕微鏡。
【請求項１０】前記光源の波長が可視域より短いことを
特徴とする請求項１〜９のいずれか１項記載の顕微鏡。