JP2005017808A - 光学顕微鏡システム、これを用いた光軸補正方法、光軸補正プログラム、及びこのプログラムを記録した記録媒体 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明では、ステージ上の観察対象物を静止させたまま光軸ずれを補正することができる光学顕微鏡システムを提供する。
【解決手段】撮像ユニット８ａにより画像を取得する光学顕微鏡システムにおいて、光学素子６ａ（または６ｂ）を介してさせて撮像された基本チャート内の所定の位置の座標と、光学素子６ａ（または６ｂ）を取り外した状態で撮像された基本チャート内のその所定の位置に対応する位置の座標とを検出する操作部１０ｃと、上記で検知された位置の座標間のずれ量を算出する演算部１０ｂと、算出されたずれ情報に基づいて、撮像ユニット８ａが設置されているステージ８ｂ，８ｃ，８ｄを移動させるステージコントローラ１２とからなる光学顕微鏡システムにより課題の解決を図る。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、光学素子切り替えユニットを有し、観察像を撮像できる顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
顕微鏡に備わっている光学素子切り替えユニットは、光学素子が光軸に一致して配置できるようにユニットの可動部と固定部との間に機械的な係合機構を設けている。上記係合機構は、ユニットに取り付けられた光学素子が取り付けられる位置の中心軸が顕微鏡の光学装置の観察光軸と一致する位置に来る度にターレット可動部と固定部とが機械的に係合され、位置決め保持されるようになっている。
【０００３】
しかしながら、観察顕微鏡視野像に対し機械的に光学素子切り替えユニットの位置決めから発生する光軸ずれが生じることがあり、また、機械的な光学素子切り替えユニットの位置決めが正確であっても、湿度や温度の環境変化による膨張、収縮から光軸ずれが生じる。また、光学素子においても平行平面板光学素子では平行平面を正確に形成することが難しく、また、対物レンズでは対物レンズを構成するレンズ群の中心を合わせることが難しいため、加工精度によっては光軸ズレを発生する可能性が高い。
【０００４】
そこで、特許文献１では、顕微鏡における対物レンズ及び光学素子の切り替えによる顕微鏡視野像のズレ量を予め記憶し、試料を載せるステージをズレ量分移動させることで、顕微鏡視野像の像ズレをなくしている。また、特許文献２では、異なる複数の対物レンズ毎の顕微鏡視野像を撮像ユニットで撮像し、各対物レンズにおける撮像画像のズレ量を画素ピッチの値で測定、記憶する。そして観察時に記憶している画素ピッチの値を使用して、顕微鏡のステージを移動させ顕微鏡視野像の像ズレをなくしている。
【０００５】
特許文献１、及び特許文献２においては、光学素子切り替えによる顕微鏡視野像の像ずれは、ステージをズレ量分移動することで解消された。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３１３８５０号（第１−４頁、第１−４図）
【特許文献１】
特開平６−７５１７２号（第１−９頁、第１−１９図）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液体中の観察対象物を観察する場合、その観察対象物が載っているステージが移動すると液体が揺れ、それによって観察対象物が動いてしまう可能性が高く、観察が困難になる。また、ズレ量が微小の場合、像ズレを補正するズレ量が正確な値ではない可能性がある。
【０００８】
上記の課題に鑑み、本発明では、ステージ上の観察対象物を静止させたまま光軸ずれを補正し、さらに、光軸ずれが微小の場合においても、像を拡大することにより光軸ずれを高精度で補正できる光学顕微鏡システム、光軸補正方法、光軸補正プログラム、及びそのプログラムを記録した記録媒体を提供する。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題は、請求項１記載の発明によれば、着脱可能な光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムにおいて、前記光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記光学素子を介さないで撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知手段と、該検知手段によって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出手段と、該算出手段により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御手段と、を備えることを特徴とする光学顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００１０】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
また上記課題は、請求項２記載の発明によれば、複数の光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムにおいて、前記複数の光学素子のうち光路上にある第１の光学素子を第２の光学素子に切り替える切り替え手段と、前記第１の光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記第２の光学素子を介して撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知手段と、該検知手段によって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出手段と、該算出手段により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御手段と、を備えることを特徴とする光学顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００１１】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
また上記課題は、請求項３記載の発明によれば、前記移動制御手段は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項１、または２に記載の光学顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００１２】
このように構成することによって、撮像ユニットをＸＹ軸方向に移動させることができる。
また上記課題は、請求項４記載の発明によれば、前記移動制御手段は、前記撮像ユニットに入射する光の光路方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項１、２、または３に記載の光学顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００１３】
このように構成することによって、撮像ユニットをＺ方向に移動させることができる。
また上記課題は、請求項５記載の発明によれば、前記移動制御手段は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを回転させることを特徴とする請求項１、２、３、または４に記載の光学顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００１４】
このように構成することによって、撮像ユニットをＸＹ軸平面内で回転動作をさせることができる。
また上記課題は、請求項６記載の発明によれば、前記光学顕微鏡システムは、前記撮像ユニットにより取得される画像の倍率を変更する倍率変更手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１、または２に記載の光学顕微鏡システムを提供することによって達成できる。
【００１５】
このように構成することによって、微小な光軸ずれを拡大することができるので、光軸ずれを容易に検出することができる。
また上記課題は、請求項７記載の発明によれば、着脱可能な光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をする光軸補正方法において、前記光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記光学素子を介さないで撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知ステップと、該検知ステップによって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出ステップと、該算出ステップにより算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御ステップと、を備えることを特徴とする光軸補正方法を提供することによって達成できる。
【００１６】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
また上記課題は、請求項８記載の発明によれば、複数の光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をする光軸補正方法において、前記複数の光学素子のうち光路上にある第１の光学素子を第２の光学素子に切り替える切り替えステップと、前記第１の光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記第２の光学素子を介して撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知ステップと、該検知ステップによって検知された第１の位置情報と第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出ステップと、該算出ステップにより算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御ステップと、を備えることを特徴とする光軸補正方法を提供することによって達成できる。
【００１７】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
また上記課題は、請求項９記載の発明によれば、着脱可能な光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をする処理をコンピュータに実行させる光軸補正プログラムにおいて、前記光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記光学素子を介さないで撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知処理と、該検知処理によって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出処理と、該算出処理により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御処理と、を、コンピュータに実行させる光軸補正プログラムを提供することによって達成できる。
【００１８】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
また上記課題は、請求項１０記載の発明によれば、複数の光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をコンピュータに実行させる光軸補正プログラムにおいて、前記複数の光学素子のうち光路上にある第１の光学素子を第２の光学素子に切り替える切り替え処理と、前記第１の光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記第２の光学素子を介して撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知処理と、該検知処理によって検知された第１の位置情報と第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出処理と、該算出処理により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御処理と、を、コンピュータに実行させる光軸補正プログラムを提供することによって達成できる。
【００１９】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
また上記課題は、請求項１１記載の発明によれば、前記移動制御処理は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項９、または１０に記載の光軸補正プログラムを提供することによって達成できる。
【００２０】
このように構成することによって、撮像ユニットをＸＹ軸方向に移動させることができる。
また上記課題は、請求項１２記載の発明によれば、前記移動制御処理は、前記撮像ユニットに入射する光の光路方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項９、１０、または１１に記載の光軸補正プログラムを提供することによって達成できる。
【００２１】
このように構成することによって、撮像ユニットをＺ方向に移動させることができる。
また上記課題は、請求項１３記載の発明によれば、前記移動制御処理は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを回転させることを特徴とする請求項９、１０、１１、または１２に記載の光軸補正プログラムを提供することによって達成できる。
【００２２】
このように構成することによって、撮像ユニットをＸＹ軸平面内で回転動作をさせることができる。
また上記課題は、請求項１４記載の発明によれば、前記光学顕微鏡システムは、前記撮像ユニットにより取得される画像の倍率を変更する倍率変更処理を、さらにコンピュータに実行させる請求項９、または１０に記載の光軸補正プログラムを提供することによって達成できる。
【００２３】
このように構成することによって、微小な光軸ずれを拡大することができるので、光軸ずれを容易に検出することができる。
また上記課題は、請求項１５記載の発明によれば、請求項９〜１４のうちいずれか１つに記載の光軸補正プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体を提供することによって達成できる。
【００２４】
このように構成することによって、観察対象物に振動等を与えることなく、光軸を補正することができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施形態＞
図１〜図６を基に本発明を詳細に説明する。図１と図２は、倒立顕微鏡及び正立顕微鏡の基本的な構成を示す。図１及び図２では、光源１より照射された光が照明レンズ系２に入射され、平行平板素子ユニット６内の平行平板素子６ａ、対物レンズユニット５内の対物レンズ５ａを通り、ステージ４上の試料３をケーラー照明する。反射光は、対物レンズユニット５の対物レンズ５ａに入り無限遠補正光学系に入り、平行平板素子ユニット６内の平行平板光学素子６ａを通過し、結像レンズ７によって撮像ユニット８に光が結像し、ＣＣＤ８ａによって顕微鏡視野像が撮像される。平行平面板素子ユニット６は、例えば複数のバンドパスフィルターや複数のＮＤフィルターやダイクロイックミラーなどが装着されている。
【００２６】
撮像ユニット８には、像を撮像するＣＣＤ８ａ、ＣＣＤ８ａを移動させるＸＹステージ８ｂ、Ｚステージ８ｃ、θステージ８ｄにより構成される。ＣＣＤ８ａは、操作部１０ｃより指示された内容に従い、演算部１０ｂを通して、ＣＣＤコントローラ９から撮像動作が制御される。さらに撮像された画像は、ＣＣＤコントローラ９を通して、演算部１０ｂから記憶部１０ａに格納される。また、ＸＹステージ８ｂ、Ｚステージ８ｃ、θステージ８ｄは、演算部１０ｂより指示された値に従いステージコントローラ１２により制御される。
【００２７】
また、平行平板素子ユニット６中の平行平板素子を切り替える場合は、操作部１０ｃよりキューブターレットコントローラ１３へ切り替えるように指示を出す。指示されたキューブターレットコントローラ１３からモータ１３ａにより平行平板素子ユニット６を回転する。目的の平行平板素子６ａ（または６ｂでもよい。以下、平行平板素子６ａ，６ｂ，・・・を総称して平行平板素子６ｘという。）が光路上に挿入されたことをセンサ１３ｂより感知して、回転が停止する。このセンサ１３ｂは、例えばフォトインタラプタなどにより構成されている。また、対物レンズ５ａは、手動にて回転させることができ、対物レンズ５ｂを使用することもできる（以下、対物レンズ５ａ，５ｂ，・・・を総称して対物レンズ５ｘという。）。
【００２８】
上記の撮像ユニット８は、顕微鏡システム内の組み込みユニット、もしくは顕微鏡システム外の外付けユニットでも良い。外付けの場合は、撮像ユニット８の代わりに接眼レンズまたはデジタルカメラを装着できるようになっている。また、上記平行平板素子ユニット６及び対物レンズユニット５は、光路中の光学素子を切り替えられる仕組みであれば、どのような構造でも構わない。但し、構造としてはレボルバ式やスライド式が一般的である。
【００２９】
撮像ユニット８内のθステージ８ｂ、ＸＹステージ８ｃ、Ｚステージ８ｄの構成及び動作については、図３、図４、図５、図６を用いて簡単に説明する。
図３は、θステージ８ｂの正面図を示す。同図を用いて、θステージ８ｂの構成及び移動機構について説明する。可動部８ｂ−２は固定台８ｂ−１とばね８ｂ−３ａ，８ｂ−３ｂ，８ｂ−３ｃ，８ｂ−３ｄと圧電体８ｂ−４ａ，８ｂ−４ｂによって接続されている。圧電体８ｂ−４ａ，８ｂ−４ｂの各片面は固定台８ｂ−１に固定されており、もう片面は圧電体８ｂ−４ａ，８ｂ−４ｂが最も伸張する印加電圧の半値電圧を印加したときに、図３のように、可動部８ｂ−２が固定台８ｂ−１に対しＸＹ方向に平行に配置されるように可動部８ｂ−２と接続する。
【００３０】
次に、θステージ８ｂの動作について説明する。まず、可動部８ｂ−２が左回りに回転するには、圧電体８ｂ−４ａ，８ｂ−４ｂに対する印加電圧を下げることで８ｂ−５ａが上方向、８ｂ−５ｂが下方向に引っ張られ、１１を中心に左回転する。一方の右回り方向については、圧電体８ｂ−４ａ及び８ｂ−４ｂに印加電圧をかけるにより８ｂ−５ａが下方向、８ｂ−５ｂが上方向に引っ張られることで右方向に１１を中心に回転する。
【００３１】
次に図４のＸＹステージ８ｃの正面図を用いて構成および移動機構について説明する。これは厚さ５ｍｍ程度の板材をワイヤ放電加工機等により図中の網掛け部を切り欠いたものである。このため、ステージは薄く構成されている。可動部８ｃ−２は固定台８ｃ−１と板ばね８ｃ−３ａ，８ｃ−３ｂ，８ｃ−３ｃ，８ｃ−３ｄによりＸＹ方向に移動可能に接続されている。また固定台８ｃ−１とアーム８ｃ−４ａ及び８ｃ−４ｂと、アーム８ｃ−５ａ及び８ｃ−５ｂの一端はそれぞれヒンジ８ｃ−７ａ及び８ｃ−７ｂ、８ｃ−８ａ及び８ｃ−８ｂによってＸＹ平面内を回動可能に接続されている。
【００３２】
また、８ｃ−４ａ及び８ｃ−４ｂ、８ｃ−５ａ及び８ｃ−５ｂの他端はそれぞれ駆動ばね８ｃ−９ａ及び８ｃ−９ｂ、８ｃ−１０ａ及び８ｃ−１０ｂによって可動部８ｃ−２と接続されている。さらに、アーム８ｃ−４ａ及び８ｃ−５ａ一部を押圧するように圧電アクチュエータ８ｃ−６ａ，８ｃ−６ｂが配置されている。
【００３３】
次に動作について説明する。まず、可動部８ｃ−２をＹ方向に移動する場合について説明する。圧電体８ｃ−６ａに電圧を印加し、伸長させるとアーム８ｃ−４ａは、ヒンジ８ｃ−７ａを支点としてＸＹ水平面に対して回転動作する。この動きに伴い、駆動ばね８ｃ−９ａはＹ方向に移動すると共に、駆動ばね８ｃ−９ａと接続されている可動部８ｃ−２もＹ方向へ移動する。
【００３４】
このとき、可動部８ｃ−２のＸ方向に接続された駆動ばね８ｃ−１０ａ、１０ｂが曲げ変形されるが、Ｙ軸に対して対称に配置されているため、可動部８ｃ−２は回転動作しないでＹ方向へ移動可能である。Ｘ方向へ可動部８ｃ−２を移動させる場合も同様である。
【００３５】
さらに図５にＺステージ８ｄの正面図を用いて構成および移動機構について説明する。固定台８ｄ−１、微動テーブル８ｄ−２、ガイド手段としての平行ばね８ｄ−３および圧電体８ｄ−４を有している。この場合、固定台８ｄ−１は、筒状をなす。固定台８ｄ−１の中空部には、微動テーブル８ｄ−２が配置されている。この微動テーブル８ｄ−２は、筒状をなすとともに、中空部のほぼ中間位置に中心軸方向に延出した支持部８ｄ−２ａが形成され、この支持部８ｄ−２ａにより固定台８ｄ−１の中心軸方向に沿って支持している。
【００３６】
また、微動テーブル８ｄ−２の支持部８ｄ−２ａと固定台８ｄ−１との間には、光軸１１に対して対称な位置にそれそれ圧電体８ｄ−４が配置されている。この圧電体８ｄ−４は、電気信号に基づいて伸縮動作するもので、この伸縮動作により微動テーブル８ｄ−２を光軸１１方向に微動させるようにしている。
【００３７】
また、固定台８ｄ−１と微動テーブル８ｄ−２との間には、光軸１１方向に対して対称な位置にそれぞれ平行ばね８ｄ−３が配置されている。これら平行ばね８ｄ−３は、微動テーブル８ｄ−２を固定台８ｄ−１に支持するとともに、光軸１１方向の平行移動をスムーズにするためのものである。
【００３８】
図６を用いて、Ｚステージ８ｄの実際の動作について説明する。この場合、平行ばね８ｄ−３は、図６（ａ）に示すように、平行に配置された一対の移動体８ｄ−３ａ、８ｄ−３ｂの間を、平行に配置された２対の板ばね８ｄ−３ｃ、８ｄ−３ｄと、８ｄ−３ｅ、８ｄ−３ｆにより連結されて移動し、移動体８ｄ−３ａ側の高さ位置を常に変位のない状態に維持するようにしている。つまり、８ｄ−３ａがΔＺ移動すると、２つの板ばねの作用により８ｄ−３ｂがΔＸ（またはΔＹ）だけ８ｄ−３ａ側へ移動し、８ｄ−３ａがＸ軸（またはＹ軸）への変位を打ち消している。
【００３９】
これにより、このような平行ばね８ｄ−３を、図６（ｂ）に示すように光軸１１方向に対して対称な位置に配置すると、微動テーブル８ｄ−２の微動にも光軸１１方向と直交する方向の引っ張る力が一切生じることなく、微動テーブル８ｄ−２を光軸１１方向（Ｚ軸方向）にスムーズに平行移動させることができる。
【００４０】
以上の各移動機構により、Ｚステージ８ｄの微動テーブル８ｄ−６上にＸＹステージ８ｃを載せ、ＸＹステージ８ｃの可動部８ｃ−２上にθステージ８ｂを載せ、θステージ８ｂの可動部８ｂ−２上にＣＣＤ８ａを搭載し、各ステージに必要量の電圧をかけることで、ＸＹＺθ方向へＣＣＤ８ａを動かして撮像することができる。なお、Ｚステージ８ｄ、ＸＹステージ８ｃ、θステージ８ｂの積載順はこれに限られず、どのような順で積載させてもよい。
【００４１】
これより、実際の補正について説明する。図１の顕微鏡システムにおいては光軸ずれを発生する光学素子として、対物レンズ５ａ、平行平板光学素子６ａがある。ここでは、光軸ずれが最も発生しやすい平行平板光学素子６ａを例に光軸ずれが発生する原因を図７、図８を用いて説明する。
【００４２】
図７では、入射光を透過する平行平板光学素子について説明する。図７（ａ）のように平行平板光学素子の平面がθ１傾いている場合、反射光束の光軸１１ａは理想光軸１１に対し距離Ｄａ離れた位置を中心に結像する。また、図７（ｂ）のように平行平板光学素子自体がθ１傾いて設置されている場合、反射光束の光軸１１ｂは理想光軸１１に対し距離Ｄｂ離れた位置を中心に結像する。
【００４３】
図８では、反射板を内蔵し、入射光を反射する平行平板光学素子について説明する。図８（ａ）のように平行平板光学素子内の反射板の角度が４５度よりθ１傾いている場合、反射光束の光軸１１ａは結像面上の光軸位置理想光軸位置１１に対して距離Ｄａずれて結像する。
【００４４】
また、図８（ｂ）のように反射板の傾きが４５度でも反射板の位置が下方向距離Ｄｂにずれている場合、結像面上の光軸位置１１ｂは理想光軸１１に対し距離Ｄｂずれて結象する。但し、図８（ｂ）のように反射板がずれる方向は上下左右何れの方向もありうる。左右にずれるのは、平行平板光学素子が光軸に対し回転して装着されている場合である。平行平板光学素子による光軸ずれは、上記に示した各発生原因がさまざまに組み合わさって生ずることもあるので、光軸ずれが生じる可能性は究めて高い。
【００４５】
上記のように発生した理想光軸１１からのずれた距離Ｄをステージ換算テーブルなどを用いて移動補正量を算出し、その算出した移動補正量をθステージ８ｂ、ＸＹステージ８ｃ、Ｚステージ８ｄを駆動（移動）させるための電圧値に換算し、これらのステージを駆動させることで光軸ずれを補正する。その時の距離Ｄ（ズレ量）の求め方を図９（ａ）（ｂ）と図８と図１０を用いて説明する。
【００４６】
図９は、本実施例で使用する基本チャートを示す。また、図１０は、図９の基本チャートの一部を拡大して表示部１０ｄに表示したものである。また、図１１は、光軸ずれを取得して移動補正量を求める処理の一例を示したフローチャートである。本実施例では、図９の拡大範囲１４内の十字位置から距離ｄを取得する。
【００４７】
まず、理想光軸を取得するために、平行平板光学素子６ａなど光軸ずれを生じる可能性のある光学素子を光路上から抜いた状態にし（Ｓ１００）、光軸１１が十字位置１１ａに一致するよう基本チャートをステージ４上に配置し（Ｓ１０１）、ＣＣＤ８ａを用いて撮像する（図１０（ａ），Ｓ１０２）。
【００４８】
図１０（ａ）のようにＣＣＤ８ａで撮像した像の中心位置を示す十字位置１１ａの座標を取得し、記憶部１０ａに記憶する（Ｓ１０３）。その後、基本チャートの位置はそのままの状態で、Ｓ１００で光路上から抜いた平行平板光学素子６ａを光路上に再配置し（Ｓ１０４）、ＣＣＤ８ａを用いて再度撮像する（Ｓ１０５、図１０（ｂ））。
【００４９】
Ｓ１０３と同様に、ＣＣＤ８ａで撮像した像の中心位置を示す十字位置の座標を取得し、記憶部１０ａに記憶する（Ｓ１０６）。本実施例では、操作部１０ｃを用いて、表示部１０ｄに表示された像から十字位置の座標を取得し、演算部１０ｂを通して記憶部１０ａに記憶する。一般的には、コンピュータに備えられているマウスで画像上をクリックして座標位置を取得する方法や、またこれと同様の処理を自動化した画像認識処理を用いて座標位置を取得することも可能である。
【００５０】
Ｓ１０３、Ｓ１０６で取得した座標位置をそれぞれ１１ａ（Ｘａ，Ｙａ）と１１ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。これらの取得した座標位置を用いて、演算処理部１０ｂで座標位置１１ａ（Ｘａ，Ｙａ）から座標位置１１ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）のズレ量を計算し（Ｓ１０７）、記憶部１０ｂに予め記憶されているステージ換算テーブルを用いて、実際にステージ４を移動させる移動補正量を算出し（Ｓ１０８）、算出した移動補正量をθステージ座標、ＸＹステージ座標の各ステージを駆動（移動）させるための電圧値に換算し、記憶部１０ａに保存する（Ｓ１０９）。
【００５１】
そして、光路内に平行平板素子６ａが挿入された場合、ステージコントローラ１２を用いてＳ１２で記憶された電圧値に基づいて、θステージ８ｂ、ＸＹステージ８ｃ、Ｚステージ８ｄを動かすことでＣＣＤ８ａが移動し、光軸座標位置１１ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）が１１ａ（Ｘａ、Ｙａ）の位置に撮像される。Ｚ方向の場合は、図示しないがオートフォーカス機能によってズレ量を取得し、取得したズレ量からステージ換算テーブルを用いて移動補正量に相当する電圧値に変換する。
【００５２】
対物レンズ５ａなど光軸ずれを生じる光学素子に対し光軸ずれを補正する場合は、上記と同様の手法によりズレ量を取得し、実際にＣＣＤ８ａを移動させる距離である移動補正量を算出する。また、ズレ量を取得する場合、光路上に複数の光学素子が挿入されている状態で取得しても構わない。また、各光学素子単体を光路上に挿入し、算出した移動補正量を足し合わせることで、実際に複数の光学素子を組み合わせて観察する場合も、光軸ずれを補正できる。
【００５３】
本実施例では、像上の１点を比較することで座標のズレ量を取得し、そのズレ量を各ステージ駆動させるための電圧値に変換し、光軸ずれを補正することを示したが、実際にズレ量を取得できる方法であれば、取得座標数や取得座標位置などは問わない。また、基本チャートのように環境が変化しても正確な位置が測定できる試料なら、他の物を用いても何ら問題ない。
【００５４】
＜第２の実施形態＞
複数の光学素子を装着して観察する観察者の負担を軽くするため、第１の実施形態における図１１の処理を流用することで、全ての光学素子に対する像のズレ量を自動的に取得し、観察時に自動的に像ずれを補正することができる。例として、図１２のフローチャートを用いて簡易的に説明する。
【００５５】
基本チャートをステージ４に載せ（Ｓ２００）、操作部１０ｃにより切り替える光学素子を指定し、ズレ量の取得開始を指示する（Ｓ２０１）。操作部１０ｃより指定された光路上の光学素子を記憶部１０ａに記憶する（Ｓ２０２）。キューブターレットコントローラ１３を通して、記憶部１０ａに記憶された指定された光学素子を取得し、光路上に指定された光学素子を挿入する（Ｓ２０３）。
【００５６】
光路上に平行平板素子が挿入されたことを通知するセンサ信号をキューブターレットコントローラ１３を通じて取得することにより、光路上の光学素子が切り替えられたことを確認し（Ｓ２０４）、撮像ユニット８内のＣＣＤ８ａで顕微鏡視野像を撮像し、この像を記憶部１０ａに記憶する（Ｓ２０５）。記憶している指定された全ての光学素子を光路上に挿入した状態で顕微鏡視野像を撮像するまで、Ｓ２０１〜Ｓ２０５を繰り返し（Ｓ２０６）、その後、画像解析処理を用いて、各顕微鏡視野像と標準になる顕微鏡視野像画像とのズレ量を取得し（Ｓ２０７）、記憶部１０ａに記憶されているステージ換算テーブルを用いて撮像ユニット８内のステージの移動距離を算出し、この移動補正値から各ステージを駆動させる電圧値を算出して記憶部１０ａに記憶する（Ｓ２０８、図１１参照）。
【００５７】
操作部１０ｃにより、観察時に自動的に像ずれを補正するモードを選択する（Ｓ２０９）。光路上の光学素子を切り替えた場合、記憶部１０ａに記憶されている電圧値を参照し（Ｓ２１０）、ＸＹステージ８ｃ、θステージ８ｄ、Ｚステージ８ｄを移動させる（Ｓ２１１）ことで、ＣＣＤ８ａが移動補正量分移動し、光軸位置が一致した顕微鏡視野像が撮像できる（Ｓ２１２）。但し、同じ光学素子を用いて観察する場合、Ｓ２００からＳ２０８を１度実行した上に光学素子を顕微鏡システムから外していなければ、Ｓ２００からＳ２０８は実行する必要は無い。
【００５８】
なお、光学素子は、本顕微鏡システム内の光学素子切り替えユニットにおける光学素子で光軸ずれを発生する全てに適用し、移動補正量は手動で取得しても良い。また、撮像ユニット内の構成は、ステージを組み合わせてＣＣＤ８ａを搭載することで、顕微鏡視野像のどの方向に対してもズレ量が補正できる。
【００５９】
＜第３の実施形態＞
第１の実施例において、光軸ズレを補正するためには、標準となる理想光軸を取得するために光路上より光軸ずれを生ずる光学素子を排除して顕微鏡視野像を取得していた。しかしながら、理想光軸を取得するために光路上より光学素子を全て外すのは、観察者の手間がかかる。
【００６０】
そこで、観察者が所定の光学素子を透過した光軸を光軸ずれを補正するための理想光軸１１として扱う。すなわち、指定した光学素子に対する他の光学素子との相対的な光軸ずれを解消することができる。本実施例として、処理内容を図１３のフローチャートと図１０と図９を用いて説明する。
【００６１】
本実施例では、図９の拡大範囲１４内の十字位置から距離ｄを取得する。はじめに理想光軸を取得するために、理想光軸として設定する際に挿入する平行平板光学素子６ａを光路上に挿入し（Ｓ３００）、光軸１１が十字位置に一致するよう基本チャートをステージ４上に配置し（Ｓ３０１）、撮像する（Ｓ３０２、図１０（ａ））。
【００６２】
図１０（ａ）のようにＣＣＤ８ａで撮像した像の中心位置を示す十字位置の座標を取得し、記憶部１０ａに記憶する（Ｓ３０３）。その後、基本チャートの位置はそのままの状態で、平行平板光学素子６ａを光路上に配置し（Ｓ３０４）、再度撮像する（Ｓ３０５、図１０（ｂ））。
【００６３】
図１０（ｂ）のようにＣＣＤ８ａで撮像した像の中心位置を示す十字位置の座標を取得し、記憶部１０ａに記憶する（Ｓ３０６）。本実施例では、表示部１０ｄに表示された像から操作部により座標位置を取得し、演算部１０ｂを通して記憶部１０ａに記憶する。一般的には、コンピュータについているマウスで画像上をクリックし、座標位置を取得する方法や、画像認識処理を用いて自動的に座標位置を取得することも可能である。
【００６４】
Ｓ３０３，Ｓ３０６で取得した座標位置をそれそれ１１ａ（Ｘａ，Ｙａ）と１１ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）とする。取得した座標位置を用いて、演算処理部１０ｂで座標位置１１ａ（Ｘａ，Ｙａ）から座標位置１１ｂ（Ｘｂ，Ｙｂ）のズレ量を計算し（Ｓ３０７）、記憶部１０ｂに予め記憶されているステージ換算テーブルを用いて実際に撮像ユニット８内のステージを移動させる移動補正量を算出し（Ｓ３０８）、この移動補正量をθステージ座標、ＸＹステージ座標を駆動させるための電圧値に換算して記憶部１０ａに保存する（Ｓ３０９）。
【００６５】
以上より、所定の光学素子の光軸を標準とすることで、実施例１に比べて、観察者の作業負担を軽減させることができる。
＜第４の実施形態＞
実施例１において、光軸ずれを補正する際にズレ量を取得する際には、たとえば図９で示すような基本チャートのように環境が変化しても正確な位置が測定できる試料を用いていた。しかしながら、このように観察対象とは別の試料を用いてズレ量を取得するのは、観察者に対し手間がかかる。そこで、実際に観察する顕微鏡視野像を用いて光軸ずれを補正する。
【００６６】
つまり、あるひとつの平行平板による画像を標準画像として保存しておき、他の平行平板の画像をその標準画像と比較して、ズレ量を補正すればよい。
＜第５の実施形態＞
光軸ずれが微小な場合、正確なズレ量を取得することは難しい。そこで、対物レンズから撮像面の間に光学的に拡大できるユニットを備えることで、ＣＣＤ８ａにより顕微鏡視野像を拡大して撮像できるようにする。そこで、拡大ユニットとして、結像レンズを切り替えることができるユニット２０を装着して、微小な光軸ずれに対処する方法を以下に示す。
【００６７】
（実施例１）
本実施例では、拡大ユニットとして結像レンズを切り替えることができるユニットを装着する。
図１４は、本実施例における倒立顕微鏡システムを示す。同図に示すように、拡大ユニット２０は、結像レンズ７と中間変倍ユニット２１とから構成される。中間変倍ユニット２１は、結像レンズ７と対物レンズ５ｘの間に倍率を変化させるレンズを切り替えるためのものである。中間変倍ユニット２１には、倍率の異なる２つのレンズ２１ａ，２１ｂが備えられている。光軸のずれ幅に応じて、このレンズ２１ａ，２１ｂを切り替えることにより、微小な光軸ずれを拡大することができるので、光軸ずれを容易に検出することができる。
【００６８】
または、図示しないがＣＣＤ８ａと結像レンズ７の間にＴＶアダプタを取り付け倍率を変化させるもできる。
（実施例２）
図１５は、本実施例における倒立顕微鏡システムを示す。同図に示すように、拡大ユニット３０は、結像レンズ３０ａ，３０ｂを備える。これにより、結像倍率の違う、つまり焦点距離が異なる結像レンズ３０ａと３０ｂをターレットの回転、又はスライド部材によって交換可能になる。この場合、交換による軸ずれが無視できるほど小さければよいが、平行平板素子ユニット６と同じ程度のずれを生じる場合には、上記の実施形態で説明してきたような補正手順を、結像レンズの交換に際しても適応すればよい。
【００６９】
（実施例３）
図１６は、本実施例における倒立顕微鏡システムを示す。同図に示すように、ハーフミラー４０により光路を分割し、異なる焦点距離の結像レンズ７ａと７ｂと、同じ構造を持った結像ユニット８，８１（結像ユニット８１は結像ユニット８と同様の構成である）によって、それぞれ結像倍率の異なる画像が取得できるような構成にすることによっても目的は達成できる。このとき、ハーフミラー４０の作用によって撮像ユニット８または８１のどちらかによって、撮像されることになる。
【００７０】
また、ハーフミラー４０の代わりにビームスプリッタを用いて光を分割し、それぞれの結像ユニット８及び８１に入射させるようにしてもよい。このようにビームスプリッタを用いると、例えば、光を偏光面によって、または波長によって、光を分割することができるので、分割されたそれぞれの光の特性に依存した画像をそれぞれの結像ユニットで撮影することができる。
【００７１】
（実施例４）
実施例１では拡大ユニットを用いて光軸ずれの検知感度を向上させたが、拡大ユニットの代わりに、図１の結像レンズ７をズームレンズとしても良い。
なお、第１〜第５の実施形態で説明した処理をプログラム化してコンピュータで実行させてもよい。
【００７２】
図１７はそのようなコンピュータシステム、すなわちハードウェア環境の構成ブロック図である。同図においてコンピュータシステム１００は中央処理装置（ＣＰＵ）１０２、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）１０３、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）１０６、通信インタフェース（以下、インタフェースをＩ／Ｆという）１０４、記憶装置１０７、出力Ｉ／Ｆ１０１、入力Ｉ／Ｆ１０５、可搬型記憶媒体の読み取り装置１０８、およびこれらの全てが接続されたバス１０９、出力Ｉ／Ｆ１０１に接続している出力装置１１０、入力Ｉ／Ｆ１０５に接続している入力装置１１１によって構成されている。
【００７３】
記憶装置１０７としてはハードディスク、磁気ディスクなど様々な形式の記憶装置を使用することができ、このような記憶装置１０７、またはＲＯＭ１０３に上記の各実施の形態で説明した処理のプログラムが格納され、このプログラムがＣＰＵ１０２によって読み出されて実行される。
【００７４】
このようなプログラムは、プログラム提供者側からネットワーク１１２、および通信Ｉ／Ｆ１０４を介して、例えば記憶装置１０７に格納されることも、また市販され、流通している可搬型記憶媒体に格納され、読み取り装置１０８にセットされて、ＣＰＵ１０２によって実行されることも可能である。可搬型記憶媒体としてはＣＤ−ＲＯＭ、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、ＩＣカードなど様々な形式の記憶媒体を使用することができ、このような記憶媒体に格納されたプログラムが読み取り装置１０８によって読み取られる。
【００７５】
また、入力装置１１１としては、上記の各実施形態では撮像ユニットが該当し、デジタルカメラやデジタルビデオカメラなどを用いることが可能である。また、マウス、キーボード等も含まれる。出力装置１１０には、ディスプレイ、プリンタなどを用いることが可能である。
【００７６】
また、ネットワーク１１２は、インターネット、ＬＡＮ、ＷＡＮ、専用線、有線、無線等の通信網であってよい。
【００７７】
【発明の効果】
以上より、述べてきたような発明によれば、ハード的な原因や環境変化などにより発生する光軸ずれを撮像位置を変更することで補正することができる。また、撮像側にて光軸ずれを補正するので、対象物が液体中にある場合でも対象物が静止したまま撮像できる。さらに、光軸ずれが微小の場合においても、像を拡大することにより精度高く光軸ずれを補正できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施形態における倒立顕微鏡システムを示す図である。
【図２】第１の実施形態における正立顕微鏡システムを示す図である。
【図３】第１の実施形態におけるθステージを示す図である。
【図４】第１の実施形態におけるＸＹステージを示す図である。
【図５】第１の実施形態におけるＺステージを示す図である。
【図６】第１の実施形態におけるＺステージの動作を示す図である。
【図７】第１の実施形態における平行平板素子の光軸位置のずれのパターンを示す図である。
【図８】第１の実施形態における平行平板素子（反射板）の光軸位置のずれのパターンを示す図である。
【図９】第１の実施形態における基本チャートを示す図である。
【図１０】第１の実施形態における顕微鏡視野像を示す図である。
【図１１】第１の実施形態における移動補正量を求める処理の一例を示したフローチャートを示す図である。
【図１２】第２の実施形態における移動補正量を求める処理の一例を示したフローチャートを示す図である。
【図１３】第３の実施形態における移動補正量を求める処理の一例を示したフローチャートを示す図である。
【図１４】第５の実施形態の実施例１における倒立顕微鏡システムを示す図である。
【図１５】第５の実施形態の実施例２における倒立顕微鏡システムを示す図である。
【図１６】第５の実施形態の実施例３における倒立顕微鏡システムを示す図である。
【図１７】本発明の実施の形態におけるコンピュータのハードウェア構成を示す図である。
【符号の説明】
１ 光源
２ 照明レンズ系
３ 試料
４ ステージ
５ 対物レンズユニット
５ａ 対物レンズ
６ 平行平板素子ユニット
６ａ 平行平板素子
７ 結像レンズ
８ 撮像ユニット
８ａ ＣＣＤ
８ｂ ＸＹステージ
８ｃ Ｚステージ
８ｄ θステージ
９ ＣＣＤコントローラ
１０ａ 記憶部
１０ｂ 演算部
１０ｃ 操作部
１１ 光軸
１２ ステージコントローラ
１３ キューブターレットコントローラ
１３ａ モータ
１３ｂ センサ
２０ 拡大ユニット
２１ 中間変倍ユニット
２１ａ，２１ｂ レンズ
３０ 拡大ユニット
３０ａ，３０ｂ 結像レンズ
４０ ハーフミラー

Claims (15)

1. 着脱可能な光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムにおいて、
   前記光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記光学素子を介さないで撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知手段と、
   該検知手段によって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出手段と、
   該算出手段により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御手段と、
   を備えることを特徴とする光学顕微鏡システム。
2. 複数の光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムにおいて、
   前記複数の光学素子のうち光路上にある第１の光学素子を第２の光学素子に切り替える切り替え手段と、
   前記第１の光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記第２の光学素子を介して撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知手段と、
   該検知手段によって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出手段と、
   該算出手段により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御手段と、
   を備えることを特徴とする光学顕微鏡システム。
3. 前記移動制御手段は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項１、または２に記載の光学顕微鏡システム。
4. 前記移動制御手段は、前記撮像ユニットに入射する光の光路方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項１、２、または３に記載の光学顕微鏡システム。
5. 前記移動制御手段は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを回転させることを特徴とする請求項１、２、３、または４に記載の光学顕微鏡システム。
6. 前記光学顕微鏡システムは、前記撮像ユニットにより取得される画像の倍率を変更する倍率変更手段を、さらに備えることを特徴とする請求項１、または２に記載の光学顕微鏡システム。
7. 着脱可能な光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をする光軸補正方法において、
   前記光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記光学素子を介さないで撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知ステップと、
   該検知ステップによって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出ステップと、
   該算出ステップにより算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御ステップと、
   を備えることを特徴とする光軸補正方法。
8. 複数の光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をする光軸補正方法において、
   前記複数の光学素子のうち光路上にある第１の光学素子を第２の光学素子に切り替える切り替えステップと、
   前記第１の光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記第２の光学素子を介して撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知ステップと、
   該検知ステップによって検知された第１の位置情報と第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出ステップと、
   該算出ステップにより算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御ステップと、
   を備えることを特徴とする光軸補正方法。
9. 着脱可能な光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をする処理をコンピュータに実行させる光軸補正プログラムにおいて、
   前記光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記光学素子を介さないで撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知処理と、
   該検知処理によって検知された前記第１の位置情報と前記第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出処理と、
   該算出処理により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御処理と、
   を、コンピュータに実行させる光軸補正プログラム。
10. 複数の光学素子を備え、撮像ユニットにより画像を取得する光学顕微鏡システムの光軸の補正をコンピュータに実行させる光軸補正プログラムにおいて、
    前記複数の光学素子のうち光路上にある第１の光学素子を第２の光学素子に切り替える切り替え処理と、
    前記第１の光学素子を介して撮像された前記画像に表される所定の点の位置を示す第１の位置情報と、前記第２の光学素子を介して撮像された前記画像に表される前記所定の点に対応する点の位置を示す第２の位置情報とを検知する検知処理と、
    該検知処理によって検知された第１の位置情報と第２の位置情報との相対的なずれ量を算出する算出処理と、
    該算出処理により算出された前記ずれ量に基づいて、前記撮像ユニットを移動させる移動制御処理と、
    を、コンピュータに実行させる光軸補正プログラム。
11. 前記移動制御処理は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項９、または１０に記載の光軸補正プログラム。
12. 前記移動制御処理は、前記撮像ユニットに入射する光の光路方向に該撮像ユニットを移動させることを特徴とする請求項９、１０、または１１に記載の光軸補正プログラム。
13. 前記移動制御処理は、前記撮像ユニットに入射する光の光路に対して垂直方向に該撮像ユニットを回転させることを特徴とする請求項９、１０、１１、または１２に記載の光軸補正プログラム。
14. 前記光学顕微鏡システムは、前記撮像ユニットにより取得される画像の倍率を変更する倍率変更処理を、さらにコンピュータに実行させる請求項９、または１０に記載の光軸補正プログラム。
15. 請求項９〜１４のうちいずれか１つに記載の光軸補正プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。

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