JP2005321657A - 顕微鏡の光学系、顕微鏡、及びバーチャルスライド作成システム - Google Patents

Abstract

【課題】 対物レンズの切り替えや移動を伴うことなく、且つ、標本の位置や状態を変えることなく、顕微鏡の観察視野を移動可能にする。
【解決手段】 本発明の顕微鏡の光学系は、顕微鏡における対物レンズと、観察像との間の光学系内に設置され、反射により光路の方向を変更する反射用ミラーを有する。この反射用ミラーは、その反射面の延在方向が変わるように回転可能である。従って、反射用ミラーを回転させることで、観察視野は移動する。即ち、顕微鏡の対物レンズと標本との位置関係を変化させることなく、観察視野を移動できる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、顕微鏡とその光学系、及びバーチャルスライド作成システムに関する。特に本発明は、顕微鏡において観察視野を移動する技術に関する。

通常の顕微鏡観察では、低倍率の対物レンズを用いて観察したい部位を探した後、高倍率の対物レンズでその部位を拡大して観察している。しかし、対物レンズの切り替え時の衝撃により、標本の位置がずれたりするおそれがある。
そこで、特許文献１では、広範囲を観察するために対物レンズの倍率を３２倍以下にし、高解像度で細部を観察するために対物レンズの開口数を０．８５以上にしている。そして、この対物レンズと、倍率変換光学系とを組み合せている。これにより、対物レンズを交換しなくても、倍率変換光学系を低倍率に設定することで広視野を観察し、倍率変換光学系を高倍率に設定することで細部を高解像度で観察するようにしている。

しかし、特許文献１の方法では、倍率を切り替えても、標本における同じ部分が常に観察像の中心になる。従って、低倍率での観察像において、拡大して観察したい部位を観察像の中心から離れた位置に見つけた場合、その部位を高倍率で見るためには、その部位と対物レンズの光軸とを近づける必要がある。このためには、標本と対物レンズとの位置関係を変える、即ち、観察視野を移動させる必要がある。

一般的な正立顕微鏡において観察視野を移動させる場合、観察者は、標本を載せたステージを対物レンズの光軸に対して垂直に移動させる、或いは、対物レンズを移動させることにより行っていた。
特開２００２−３１７５８号公報

しかし、電気生理学等での顕微鏡観察では、マニピュレータなどを標本に対して設置していることがあり、観察視野の移動に際しては、マニピュレータと対物レンズとが接触しないように十分注意しなくてはならない。また、標本の環境保持のために設置している溶液交換用のチューブや流路などと、対物レンズとの接触にも注意する必要がある。
実際の実験系では、対物レンズの先端とマニピュレータとの間隔は非常に小さく（１ｍｍ以下）、それらが接触しないように観察することは困難であった。また、液浸型対物レンズを用いた観察では、視野の移動により、接触関係にある対物レンズと水溶液との界面が変化することがある。この場合、標本が振動に対して弱いものであれば、標本自体、或いは、マニピュレータの先端に設置された電極針と標本との接触状態が変化するおそれがある。

このため、対物レンズの切り替えや移動を伴うことなく、且つ、ステージや標本の位置を変えることなく、観察視野を移動させる方法が要望されていた。
本発明の目的は、対物レンズの切り替えや移動を伴うことなく、且つ、標本の位置や状態を変えることなく、顕微鏡の観察視野を移動可能にする技術を提供することである。

請求項１の発明は、第１対物レンズと、第２対物レンズとを備えた顕微鏡における、光学系である。なお、第１対物レンズは、標本から観察像までの光路において、最も標本側に位置する。第２対物レンズは、標本に共役な中間像を、第１対物レンズと共に形成する。本請求項の顕微鏡の光学系は、以下の点を特徴とする。第１に、第１対物レンズと第２対物レンズとの間の光学系内に配置され、反射により光路の方向を変更する反射用ミラーを有する。第２に、反射用ミラーの反射面の延在方向が変わるように、反射用ミラーは回転可能である。

請求項２の発明は、請求項１の顕微鏡の光学系において、『反射用ミラーと、観察像側の結像レンズとの間に、観察像の倍率を切り替え可能な変倍光学系を有する』ことを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項１または請求項２の顕微鏡の光学系において、『標本に対する観察視野の位置と、反射用ミラーの回転量との対応関係を示す情報を有すると共に、情報に基づいて反射用ミラーを回転させる制御部を備えている』ことを特徴とする。

請求項４の顕微鏡は、請求項１〜請求項３のいずれかの『顕微鏡の光学系』を備えていることを特徴とする。
請求項５のバーチャルスライド作成システムは、請求項４の顕微鏡と、画像データ生成部と、画像合成部とを備えていることを特徴とする。画像データ生成部は、顕微鏡において反射用ミラーを回転させる動作と、観察像を撮像して画像データを生成する動作とを繰り返し行う。画像合成部は、生成された複数の画像データを合成して、標本のバーチャルスライドを作成する。

請求項６の発明は、第１対物レンズと、第２対物レンズとを備えた顕微鏡における、光学系である。なお、第１対物レンズは、標本から観察像までの光路において、最も標本側に位置する。第２対物レンズは、標本に共役な中間像を、第１対物レンズと共に形成する。本請求項の顕微鏡の光学系は、『光路において中間像より後ろに位置し、光軸に対して垂直な方向に移動可能なレンズを備えている』ことを特徴とする。

請求項７の顕微鏡は、請求項６の『顕微鏡の光学系』を備えていることを特徴とする。
請求項８のバーチャルスライド作成システムは、請求項７の顕微鏡と、画像データ生成部と、画像合成部とを備えていることを特徴とする。画像データ生成部は、顕微鏡において、レンズを光軸に対して垂直な方向に移動させる動作と、観察像を撮像して画像データを生成する動作とを繰り返し行う。画像合成部は、生成された複数の画像データを合成して、標本のバーチャルスライドを作成する。

本発明によれば、顕微鏡の対物レンズと標本との位置関係を変化させることなく、観察視野を移動できる。

以下、図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。なお、各図において同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の第１の実施形態における顕微鏡システムの概略構成図である。本実施形態は、請求項１〜請求項４に対応する。図に示すように、顕微鏡システム１０は、顕微鏡１２と、ミラー傾きコントローラ１６と、コンピュータ１８と、観察モニタ２０とを有している。コンピュータ１８は、顕微鏡１２の観察カメラ２４からの画像信号をケーブル２６を介して取得して、観察モニタ２０に標本の拡大画像を表示する。

図２は、図１の顕微鏡１２の詳細を示す概略構成図である。図に示すように、顕微鏡１２は、回転ミラー２８と、接眼部３２と、観察カメラ２４と、変倍光学系３６と、蛍光励起用光源３８と、対物レンズ４０と、ステージ４４と、透過用光源４６とを有している。
回転ミラー２８は、ハーフミラーまたはダイクロイックミラー（Dichroic Mirror）である。従って、回転ミラー２８を透過する光束は、接眼部３２内の接眼レンズ等の光学系（公知なので図示せず）により、観察像として結像される。なお、接眼部３２がない構成であれば、回転ミラー２８は全反射ミラーでもよい。蛍光励起用光源３８は、不図示のレンズやミラーを介して、ステージ４４上の標本５０を上方から照明する（落射照明）。透過用光源４６は、不図示のレンズやミラーを介して、ステージ４４上の標本５０を下方から照明する。

本実施形態の対物レンズ４０は、倍率が１６倍、開口数が０．８であり、広視野を観察可能である。対物レンズ４０は、標本５０側から順に、第１レンズ群と、第２レンズ群と、第３レンズ群とを有している（図示せず）。第１レンズ群は、標本５０側に凹面を向けたメニスカスレンズ成分を含み、全体として正の屈折率を有する。第２レンズ群は、少なくとも２つの３枚接合レンズを有する。第３レンズ群は、像側に凹面を向けた第１接合メニスカスレンズと、この第１接合メニスカスレンズの凹面に対向して標本５０側に凹面を向けた第２接合メニスカスレンズとを有している。

本実施形態の対物レンズ４０は、以下の条件式を満たす。
０．２３＜ｄ０／Ｆ＜０．３５ ・・・（１）
１＜ｆ１／Ｆ＜２ ・・・（２）
０．７＜ｒ３ｇ／Ｆ＜１．０ ・・・（３）
１．６＜ｎ３ｇ＜１．７５ ・・・（４）
（１）〜（４）式において、ｄ０は、標本面から、対物レンズ４０中の最も標本５０側のレンズ面までの光軸上の距離である。Ｆは、対物レンズ４０全系の焦点距離である。ｆ１は、第１レンズ群の焦点距離である。ｒ３ｇは、第３レンズ群における第１接合メニスカスレンズの凹面の曲率半径である。ｎ３ｇは、第３レンズ群における第１接合メニスカスレンズを構成するレンズの内、像側のレンズのｄ線（波長λ＝５８７．６ｎｍ）に対する屈折率である。

（１）式の上限値を上回ると、光束の拡がりが大きくなって、開口数を大きくすることが困難になる。（１）式の下限値を下回ると、十分な作動距離の確保が困難になる。（２）式の上限値を上回ると、第１レンズ群の屈折力が小さくなり、光束を平行光に十分近づけることが困難になる。（２）式の下限値を下回ると、球面収差やコマ収差が悪化する。（３）式の上限値を上回ると、ペッツバール和を補正する効果を十分に得られず、像面湾曲収差や非点収差によって像面の平坦性が悪化してしまう。（３）式の下限値を下回ると、曲率半径が小さくなりすぎて、コマ収差等の補正に影響を及ぼす。（４）式の上限値を上回ると、短波長側の光の透過率が低下してしまう。（４）式の下限値を下回ると、球面収差やコマ収差の補正が困難になる。

図３は、顕微鏡１２の変倍光学系３６の詳細を示しており、図２の対物レンズ４０の光軸に沿って接眼部３２から標本５０の方向に見た模式的上面図である。図に示すように、変倍光学系３６は、低倍光学系５４と、高倍光学系５６と、全反射ミラー５８とを有している。低倍光学系５４は、変倍レンズ６０、６２を有し、倍率が０．３５倍である。高倍光学系５６は、変倍レンズ６４、６６を有し、倍率が４倍である。

即ち、低倍光学系５４及び高倍光学系５６のいずれかを、回転ミラー２８と観察カメラ２４との間の光路中に挿入することにより、観察カメラ２４に投影される観察像の倍率を切り替える。従って、観察像の倍率は、対物レンズ４０の倍率（１６倍）と、変倍光学系３６の倍率との積で決定され、本実施形態では５．６倍または６４倍となる。
図４は、対物レンズ４０を透過した光束が変倍光学系３６を介して観察カメラ２４内で結像するまでの光路の説明図である。以下、図４を用いて、顕微鏡システム１０における観察視野の移動方法の原理を説明する。

標本５０からの光束は、対物レンズ４０を透過後、回転ミラー２８で反射して光路を変えて、変倍光学系３６に入射する。この光束は、変倍レンズ６４（６０）を透過後、中間像を形成し、さらに変倍レンズ６６（６２）を透過後、全反射ミラー５８により直角に光路を変えて、観察カメラ２４内の結像レンズ６８に入射する。この結像レンズ６８により、観察カメラ２４内の撮像素子６９の受光面上に標本５０の拡大像が結像される。観察カメラ２４は、撮像素子６９から出力される画素信号に公知の画像処理等を施して画像データを生成する。この画像データは、ケーブル２６を介してコンピュータ１８に入力される。なお、画像処理等は、観察カメラ２４ではなくコンピュータ１８が施す形態でもよい。

本実施形態では、図１に示したミラー傾きコントローラ１６は、コンピュータ１８の指令に応じて回転ミラー２８上の回転制御機構７０を制御して、回転ミラー２８を回転させる。ここでの回転は、回転ミラー２８の反射面の延在方向が変わるように回転させるものであり、反射面の法線を軸として、反射面が同一面内になるように回転させるものではない。

なお、図４の全反射ミラー５８の位置及び傾きは、固定されている。全反射ミラー５８の反射面と、変倍光学系３６の光軸とがなす角は４５°である。また、本実施形態では、変倍光学系３６を低倍率または高倍率に切り替えても、変倍光学系３６の光軸の位置は変わらない。本実施形態の顕微鏡１２の光学系では、配置状態が変わるのは、回転ミラー２８のみである。

回転ミラー２８の回転の軸は、２つあり、両者共に回転ミラー２８の反射面上にある。なお、ここでの軸は、仮想のものであり、仮想の軸に沿って回転ミラー２８が回転することを意味し、棒状の軸が組み込まれているという意味ではない。ここで、回転ミラー２８の回転の軸方向を定義するために、回転ミラー２８の反射面と、全反射ミラー５８の反射面とが平行な状態のときを、回転ミラー２８の基準状態とする。基準状態では、対物レンズ４０からの光束は、回転ミラー２８で反射することで直角に光路を変える。

基準状態において、回転ミラー２８の回転の軸の一方は、対物レンズ４０の光軸及び変倍レンズ６４、６６（６０、６２）の光軸の両方に直交する方向、即ち、図４の紙面に垂直な方向である。以下、この軸をＸ軸という。回転ミラー２８の回転の軸の他方は、回転ミラー２８の反射面上において、Ｘ軸に直交するものであり、以下、Ｙ軸という。Ｘ軸、Ｙ軸の交点は、回転ミラー２８の反射面の中心に位置し、回転ミラー２８は、この交点の位置を変えずに回転する。

回転ミラー２８が回転すると、対物レンズ４０及び変倍レンズ６４（６０）により形成される中間像は、変倍光学系３６の光軸に直交する同一面内で移動する。従って、光路において中間像の後ろに位置する変倍レンズ６６（６２）に入射する光束も、変倍光学系３６の光軸に直交する方向に移動する。これは、標本５０を載せたステージ４４を対物レンズ４０の光軸に対して垂直に移動させることと等価である。即ち、ユーザは、コンピュータ１８への入力操作により、回転ミラー２８を回転させることで、観察モニタ２０に表示される観察視野を移動可能である。なお、回転ミラー２８を回転させても、回転ミラー２８を透過する光束の向きは変わらず、接眼部３２では同じ像が観察される。

図５は、低倍率と高倍率の観察視野の関係を示す説明図である。以下、図５を用いて、観察視野の移動方法を具体的に説明する。なお、本実施形態では、説明の簡単化のため、低倍観察時には回転ミラー２８の回転による視野の移動は行わないものとして説明する。即ち、低倍率での観察時において、観察したい部位を探した後、変倍光学系３６を高倍率に切り替えると共に回転ミラー２８を制御して、その部位を拡大して観察する例を説明する。

図に示すように、低倍率での観察時において、観察モニタ２０には、視野ブロックの区切り（図中の点線）と、各視野ブロックの座標とが観察像に重ねて表示される。なお、単に観察像のみを表示することも可能である。また、視野ブロックの座標や、区切りの点線は、煩雑となるので、図では一部のみを示した。
ここで、観察視野の移動において必要な情報となる回転ミラー２８の回転量（回転角度）を具体的に説明するため、各部の光学的数値を一例として挙げる。観察モニタ２０に表示される画像の水平方向（図５では左右方向）と垂直方向（図５では上下方向）とのアスペクト比、即ち、撮像素子６９のアスペクト比は、４：３である。また、撮像素子６９は、対角が２／３インチのものである。

このため、変倍光学系３６が低倍率のとき、顕微鏡１２全体での倍率は５．６倍であるので、標本５０における直径約１．６ｍｍの範囲が観察視野となる。変倍光学系３６が高倍率のとき、顕微鏡１２全体での倍率は６４倍であるので、標本５０における直径約１３０μmの範囲が観察視野となる。
ここで、説明の簡単化のため、回転ミラー２８をＸ軸に沿って回転させると視野は上下方向のみに移動するように、且つ、回転ミラー２８をＹ軸に沿って回転させると視野は左右方向のみに移動するように、撮像素子６９等は配置されているとする。また、回転ミラー２８を回転させずに変倍光学系３６を高倍率に切り替える場合、低倍率での観察像の中心に位置する座標（０，０）の視野ブロックが観察像になるとする。座標（０，０）の視野ブロックを、基準ブロックとする。この基準ブロックを高倍率で観察したときの観察像は、この例では、図５の右側に示すようになる。

図において基準ブロックに上下方向に隣接する視野ブロック、即ち、（０，１）或いは（０，−１）の視野ブロックを拡大して観察するためには、回転ミラー２８を約０．２９７度だけＸ軸に沿って回転させ、変倍光学系３６を高倍率に切り替えればよい。２つ上の視野ブロックに移動するには回転角度を０．５９４度にすればよく、ｎ個上（またはｎ個下）の視野ブロックに移動するには回転角度を０．２９７×ｎ度にすればよい。

図において基準ブロックに左右方向に隣接する視野ブロック、即ち、（−１，０）或いは（１，０）の視野ブロックを拡大して観察するためには、回転ミラー２８を約０．３２１度だけＹ軸に沿って回転させ、変倍光学系３６を高倍率に切り替えればよい。ｎ個右（またはｎ個左）の視野ブロックに移動するには、回転角度を０．３２１×ｎ度にすればよい。以上の回転角度は、回転制御機構７０をマイクロアクチュエータやエンコーダ付リニアアクチュエータ等で構成することにより、制御可能な範囲である。なお、視野を移動する操作は、変倍光学系３６を高倍率に切り替えた後で行ってもよい。

そして、『低倍率での観察画像内の各視野ブロックを高倍率で観察するためには、回転ミラー２８をＸ軸、Ｙ軸のそれぞれに沿ってどれだけ回転させればよいかを示すテーブルデータ』を、コンピュータ１８は記憶している。テーブルデータの一部は、例えば、以下の通りである。
座標（０，０）：〔θｘ（０，０）、θｙ（０，０）〕
座標（０，１）：〔θｘ（０，１）、θｙ（０，１）〕
座標（１，１）：〔θｘ（１，１）、θｙ（１，１）〕
本実施形態のように低倍率での観察時において回転ミラー２８を基準状態にする場合、θｘ（０，０）も、θｙ（０，０）も０度である。その場合、θｘ（０，１）は０度であり、θｙ（０，１）は０．３２１度であり、θｘ（１，０）は０．２９７度であり、θｙ（１，０）は０度である。従って、例えばキーボード入力により視野ブロックが選択されると、コンピュータ１８は、テーブルデータに従って、選択された視野ブロックに移動するために必要となる回転ミラー２８の回転角度を求める。この求めた回転角度だけ回転ミラー２８を回転させるように、コンピュータ１８は、ミラー傾きコントローラ１６に指令する。ミラー傾きコントローラ１６は、回転制御機構７０を制御し、回転ミラー２８を回転させる。その後、変倍光学系３６は、コンピュータ１８の指令に従って、公知の機構により自動的に高倍率に切り替わる。

なお、回転ミラー２８の回転角が大きくなると、観察する視野の移動量と回転ミラー２８の回転量との対応関係が線形でなくなる場合がある。このような場合には、単純に単位視野ブロック毎の移動量の倍数で移動させたときに、標本５０上の歪んだ四角形の視野が結像面では長方形の形状の領域として観察される。そこで、本実施形態のテーブルデータにおける移動量は、歪みを補正した値にされており、上記した視野ブロック毎の移動量の倍数とは若干異なる部分がある。このように歪みを補正しておけば、常に標本５０上の長方形の領域を移動させながら観察できる。歪みを補正した回転量は、実験やシミュレーション等により予め算出可能である。

このように第１の実施形態では、対物レンズ４０と結像レンズ６８との間の平行光学系内に挿入された回転ミラー２８の傾きを変えるだけで、観察視野を移動できる。即ち、観察視野の移動には、対物レンズ４０の切り替えや移動、ステージ４４の移動を伴わない。従って、観察視野を移動する際に、対物レンズと標本との位置関係を変化させねばならないという従来課題を解消できる。

また、対物レンズ４０の近傍に例えばマイクロマニピュレータの電極針などがあっても、接触等のおそれはない。さらに、コンピュータ１８に対して視野ブロックを選択するだけでよいので、極めて簡単な操作により観察視野を移動できる。この結果、ユーザの利便性は大いに向上する。
観察視野の移動時に動くのは、回転ミラー２８のみである。このため、振動などの影響を標本５０に与えるおそれがないので、標本５０の状態が変化するおそれもない。また、回転ミラー２８を傾けるだけなので、高速に観察視野を移動できる。さらに、回転ミラー２８の回転角度の制御を定量的に行えば、同じ視野ブロックが選択された場合の回転ミラー２８の配置状態を、観察視野の移動回数に拘わらずに同じにできる。

従って、同じ視野ブロックが選択されれば、回転ミラー２８の位置ズレを生じさせずに、前回の観察画像と全く同じものを高い再現性で表示できる。このとき、回転ミラー２８の回転角度を規定するテーブルデータは、前述の歪みを補正したものとなっているので、常に標本５０上の長方形の領域を移動させながら観察できる。
回転ミラー２８の回転をせずに倍率を変更した場合、低倍率での観察視野の中心と、高倍率での観察視野の中心とは一致する。これを利用して、予め観察したい複数の位置についてそれぞれ、低倍率の視野中心として座標を登録しておき、高倍率に切り替えて座標を指定することにより、効率的な観察することも可能となる。

なお、第１の実施形態では、視野ブロック毎に、段階的に観察視野を移動する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。コンピュータ１８に接続されたレバーを操作するなどにより、レバーを傾けた方向に観察視野が連続的に移動するようにしてもよい。或いは、半視野ブロックずつ重なりながら、段階的に移動するようにしてもよい。これは、後述する第３の実施形態についても同様である。

Ｘ軸に沿って回転させると視野は上下方向のみに移動し、Ｙ軸に沿って回転させると視野は左右方向のみに移動するように撮像素子６９等を配置する例を述べたが、その反対にしてもよい。或いは、Ｘ軸及びＹ軸のいずれかに沿って回転させた場合に、視野が上下及び左右の両方向に移動するようにしてもよい。この場合も、上記と同様にテーブルデータを作成しておけば、所望の位置に観察視野を移動可能である。

コンピュータ１８による回転ミラー２８の回転角度の求め方は、上記したテーブルデータを使う形態でなくてもよい。例えば、換算式により回転ミラー２８の回転角度を求めてもよい。
説明の簡単化のため、回転ミラー２８の回転軸の交点の位置は固定とする例を述べたが、回転ミラー２８の回転軸の交点が動く形態でも実施可能である。

説明の簡単化のため、低倍率での観察時には回転ミラー２８の回転による観察視野の移動は行わないものとしたが、行ってもよい。
対物レンズ（４０）側のミラー（回転ミラー２８）を回転させ、観察像側のミラー（全反射ミラー５８）を固定する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。対物レンズ側のミラーを固定にして、観察像側のミラーを回転させることで観察視野を移動するようにしてもよい。

以下、請求項と第１の実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のために示した一解釈であり、本発明を限定するものではない。請求項記載の『顕微鏡の光学系』は、対物レンズ４０、回転ミラー２８、変倍光学系３６、結像レンズ６８に対応する。請求項記載の第１対物レンズは、対物レンズ４０に対応する。請求項記載の第２対物レンズは、低倍光学系５４における変倍レンズ６０と、高倍光学系５６における変倍レンズ６４とに対応する。請求項記載の反射用ミラーは、回転ミラー２８に対応する。請求項記載の制御部は、回転制御機構７０、ミラー傾きコントローラ１６、及びこれらを制御して回転ミラー２８の回転を制御するコンピュータ１８の機能に対応する。請求項記載の『対応関係を示す情報』は、回転ミラー２８の回転角度を求めるための換算式、及びテーブルデータに対応する。

＜第２の実施形態＞
図６は、本発明の第２の実施形態における顕微鏡システムの概略構成図である。本実施形態は、請求項１〜請求項４に対応する。図に示すように、本実施形態の顕微鏡システム８０は、第１の実施形態の顕微鏡システム１０の構成要素に加えて、マニピュレータコントローラ８４と、マイクロマニピュレータ８６とを有している。第２の実施形態と第１の実施形態との違いは、観察視野の移動と、マイクロマニピュレータ８６の移動とを連動させることである。ここでの連動とは、例えば、観察視野が右に移動したら、マイクロマニピュレータ８６の電極針も右に移動させることである。

以下、第１の実施形態との違いを具体的に説明する。例えば、観察視野とマイクロマニピュレータ８６とを連動させて移動する指示がコンピュータ１８に入力されているとする。このとき、観察視野の移動指示がコンピュータ１８に入力されたら、コンピュータ１８は、第１の実施形態と同様に、回転ミラー２８を回転させるようにミラー傾きコントローラ１６に指令する。

これに同期して、コンピュータ１８は、回転ミラー２８の回転角度に基づいて、観察視野が標本５０上においてどの方向にどれだけ移動するか、即ち、標本５０上における移動方向と移動量とを求める。そして、コンピュータ１８は、求めた移動方向と移動量とに従ってマイクロマニピュレータ８６の位置を変更するように、マニピュレータコントローラ８４に指令する。

このように第２の実施形態では、観察視野の移動に際して、マイクロマニピュレータ８６の位置を自動的に観察視野内に追随させることができる。従って、観察視野の移動と、マイクロマニピュレータ８６の操作とを別々に行う場合と比べて、ユーザの操作負担は少なくなる。また、観察視野を移動しながらマイクロマニピュレータ８６を操作することも可能である。さらに、標本５０に対して複数のマイクロマニピュレータを設置し、複数のマイクロマニピュレータの位置と、観察視野の移動とを連動させることも可能である。また、本実施形態においても、顕微鏡１２内で動くのは回転ミラー２８のみなので、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

＜第３の実施形態＞
図７は、本発明の第３の実施形態における顕微鏡システムの概略構成図である。本実施形態は、請求項６及び請求項７に対応する。図に示すように、顕微鏡システム１００は、観察モニタ２０と、コンピュータ１８と、ケーブル２６、１０８と、マニピュレータコントローラ８４と、マイクロマニピュレータ８６と、本実施形態の顕微鏡１１０とを有している。

図８は、図７の顕微鏡１１０の詳細を示す概略構成図である。図に示すように、顕微鏡１１０は、接眼部３２と、固定ミラー１１４と、不動型光学系１１６と、移動型光学系１２０（観察カメラ２４も含む）と、蛍光励起用光源３８と、対物レンズ４０（請求項記載の第１対物レンズに対応）と、ステージ４４と、透過用光源４６とを有している。
第３の実施形態と第２の実施形態との違いは、観察視野を移動させるための顕微鏡１１０内の機構であり、第３の実施形態では、移動型光学系１２０の移動により観察視野を移動させる。なお、第３の実施形態では、対物レンズ４０の光軸上に位置する固定ミラー１１４の傾きや位置は変えない。固定ミラー１１４は、ハーフミラーまたはダイクロイックミラーである。

図９は、顕微鏡１１０における不動型光学系１１６と移動型光学系１２０の詳細を示しており、図８の対物レンズ４０の光軸に沿って接眼部３２から標本５０の方向に見た模式的上面図である。図に示すように、不動型光学系１１６は、変倍レンズ１３０、１３２（請求項記載の第２対物レンズに対応）を有している。移動型光学系１２０は、リレー光学系１３６と、全反射ミラー５８とを有している。リレー光学系１３６は、変倍レンズ１３８、１４０を有している。なお、後述する図１０に示すように、移動型光学系１２０には移動機構１４８、結像レンズ６８、及び観察カメラ２４が含まれるが、煩雑となるので図９では省略した。

本実施形態では、不動型光学系１１６と、リレー光学系１３６とで変倍光学系が構成される。即ち、不動型光学系１１６の変倍レンズ１３０、及びリレー光学系１３６の変倍レンズ１３８を固定ミラー１１４と全反射ミラー５８との間に光路中に挿入することで、変倍光学系は、低倍率（例えば０．３５倍）に設定される。また、不動型光学系１１６の変倍レンズ１３２、及びリレー光学系１３６の変倍レンズ１４０を光路中に挿入することで、変倍光学系は、高倍率（例えば４倍）に設定される。顕微鏡１１０の倍率は、変倍光学系の倍率と対物レンズ４０の倍率との積で与えられ、第１の実施形態と同様に、低倍率と高倍率とを自動的に切り替え可能である。

図１０は、対物レンズ４０を透過した光束が観察カメラ２４内で結像するまでの光路の説明図である。以下、図１０を用いて、顕微鏡システム１００における観察視野の移動方法の原理を説明する。
標本５０からの光束は、対物レンズ４０を透過後、固定ミラー１１４で反射して光路を直角に変えて、変倍レンズ１３０（１３２）を透過後、中間像を形成する。この後光束は、変倍レンズ１３８（１４０）を透過して、全反射ミラー５８により直角に光路を変えて、結像レンズ６８を透過する。これにより、撮像素子６９の受光面上に観察像が結像される。

本実施形態では、観察視野を移動する場合、移動型光学系１２０全体を、変倍光学系の光軸に直交する方向に移動させる。即ち、リレー光学系１３６と、結像レンズ６８と、観察カメラ２４とは共に移動し、移動型光学系１２０の各部は同一面内で移動する。同一面内での移動なので、移動方向は２つあり、一方は、例えば結像レンズ６８の光軸方向である。その場合、他方は、結像レンズ６８の光軸及び変倍レンズの光軸の両方に直交する方向、即ち、図１０の紙面に垂直な方向である。

例えば、結像レンズ６８の光軸に沿って図の下方向に移動型光学系１２０を移動させれば、各部の位置は図の点線で示すようになる。この場合、移動前においては、中間像の中心部分を形成する光束が変倍レンズ１３８（１４０）に入射していたとすれば、移動後においては、中間像の中心からずれた部分を形成する光束が変倍レンズ１３８（１４０）に入射する。これは、標本５０を載せたステージ４４を対物レンズ４０の光軸に対して垂直に移動させることと等価である。従って、本実施形態においても、対物レンズ４０と標本５０との位置関係を変化させることなく、観察視野を移動可能である。

次に、観察視野の移動手順を説明する。説明の簡単化のため、第１の実施形態と同様に、低倍率で観察したい部位を探した後、変倍光学系を高倍率に切り替えると共に移動型光学系１２０を移動させて、その部位を拡大して観察する例を説明する。
観察視野の移動指示は、第１の実施形態と同様に、例えばコンピュータ１８に対するキーボード入力により視野ブロックが選択されることで行われる。『各視野ブロックに観察視野を移動させるときの、上記２方向における移動型光学系１２０の移動量をそれぞれ規定するテーブルデータ』を、コンピュータ１８は記憶している。

視野ブロックが選択されると、コンピュータ１８は、テーブルデータに従って、上記２方向における移動型光学系１２０の移動量を求める。コンピュータ１８と移動機構１４８とはケーブル１０８を介して接続されており、コンピュータ１８は、求めた移動量に従って、移動機構１４８を制御して移動型光学系１２０を移動させ、観察視野を移動させる。その後、変倍光学系を高倍率に切り替えればよい。

以上、第３の実施形態においても、第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、第３の実施形態では、顕微鏡システム１００がマニピュレータコントローラ８４と、マイクロマニピュレータ８６とを有する例を述べた。即ち、重複するので説明は省略したが、観察視野の移動と、マイクロマニピュレータ８６の移動とを連動させる例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。第１の実施形態と同様に、マニピュレータコントローラ８４及びマイクロマニピュレータ８６がない構成でもよい。

説明の簡単化のため、低倍率での観察時には移動型光学系１２０の移動による観察視野の移動は行わないものしたが、行ってもよい。コンピュータ１８による移動型光学系１２０の移動量の求め方は、テーブルデータでなく、換算式により行ってもよい。なお、請求項１（第１及び第２の実施形態に対応）と請求項６（第３の実施形態に対応）とは、以下の点において発明概念は共通である。即ち、両者共に、第１対物レンズと第２対物レンズとによって形成された中間像の位置と、これに後続する光学系（例えば変倍光学系、結像光学系）の光軸とを相対的に移動させることにより、結像面で観察される観察視野の位置を変更するものである。

＜第４の実施形態＞
図１１は、本発明の第４の実施形態における顕微鏡システム１６０（請求項記載のバーチャルスライド作成システムに対応）の概略構成図である。本実施形態は、請求項５に対応する。図に示すように、顕微鏡システム１６０は、観察モニタ２０と、コンピュータ１８と、ケーブル２６、１７０と、ミラー傾きコントローラ１６と、本実施形態の顕微鏡１７４とを有している。

顕微鏡１７４は、蛍光励起用光源３８と、観察カメラ２４と、変倍光学系３６と、接眼部３２と、回転ミラー２８と、回転制御機構７０と、対物レンズ４０と、大型ステージ１８０と、ステージ移動機構１８４と、透過用光源４６とを有している。顕微鏡１７４は、ステージ４４の代わりに、大型ステージ１８０及びステージ移動機構１８４を有することを除き、第１の実施形態の顕微鏡１２と同様である。ステージ移動機構１８４は、ケーブル１７０を介してコンピュータ１８に接続されている。

図１２は、本実施形態の顕微鏡１７４における大型ステージ１８０の詳細を示す斜視図である。図に示すように、大型ステージ１８０上には、複数のスライド標本１９０が載置されている。
本実施形態では、コンピュータ１８は、変倍光学系３６が高倍率に設定された状態において、大型ステージ１８０を移動することなく、回転ミラー２８を段階的に回転させる。これにより、コンピュータ１８は、像が示す標本領域（スライド標本１９０におけるどの部分が撮像素子６９上に結像されるか）を、段階的に移動させる。これは、第１の実施形態における観察視野の移動と同様であるが、ここでは、観察ではなく、バーチャルスライドの作成が目的である。

次に、コンピュータ１８は、観察カメラ２４の撮像により生成される画像データを取得する。コンピュータ１８は、取得した画像データを画像として観察モニタ２０に表示すると共に、メモリに記憶する。
そして、コンピュータ１８は、このように回転ミラー２８を回転させる動作（像が示す標本領域の移動）と、観察カメラ２４に像の画像データを生成させる動作と、この画像データを取得して記憶する動作とを繰り返す。コンピュータ１８は、このようにして順次生成される画像データを繋ぎ合わせて、１つのスライド標本１９０全体の画像データ（バーチャルスライド）を作成する。コンピュータは、生成したバーチャルスライドをハードディスク等に記録する。

次に、コンピュータ１８は、ステージ移動機構１８４を制御して、対物レンズ４０の光軸に直交する方向（例えば図１２の矢印方向）に大型ステージ１８０を移動させ、別のスライド標本１９０が対物レンズ４０の光軸下に位置するようにする。そして、前述と同様に、コンピュータ１８は、このスライド標本１９０のバーチャルスライドを作成し、ハードディスク等に記録する。以上が本実施形態の動作説明である。

バーチャルスライドは、多数の大きな標本（例えば約２５ｍｍ四方）に対して一括して作成されることも多く、これら標本を載せるために、大きいステージを用いる必要がある。さらに、高分解能のものが要求されるので、高倍率、高開口数（例えば０．６５以上）、且つ、高画素数（例えば縦２０００×横２５００以上）での撮影が要求される。従って、バーチャルスライドを短時間で作成するためには、ステージまたは対物レンズを高速に多数回移動させる必要があるが、その場合、振動等の影響を標本に与える可能性が高くなる。このため、従来は、バーチャルスライドの作成時にステージを高速移動させることができず、それを可能にすることが望まれていた。

そこで、本実施形態では、バーチャルスライドの作成に第１の実施形態の手法を適用して、像が示す標本領域の移動を、コンピュータ１８や回転ミラー２８等により高速且つ正確に制御する。これにより、バーチャルスライドの各部を構成する画像を、高速且つ安定に撮像できる。この結果、上述の従来課題を解消でき、バーチャルスライドの作成時間を短縮できる。

バーチャルスライドでは、視野を移動させながら撮像した画像データを繋ぎ合わせて標本全体の画像データを作成するため、各画像データ間の向きが精度よく揃っていることが要求される。このような要求のためには、ミラー（この例では回転ミラー２８）の回転に伴う画像の僅かな回転が補正されるように、ミラーの回転量を補正することが望ましい。この補正は、例えば、実験やシミュレーション等により予め求めて、テーブルデータに反映させておけばよい。

なお、第４の実施形態では、第１の実施形態の顕微鏡１２に大型ステージ１８０、ステージ移動機構１８４等を追加して、回転ミラー２８の回転により、像が示す標本領域を移動する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。第３の実施形態の顕微鏡１１０に大型ステージ１８０、ステージ移動機構１８４等を追加して、移動型光学系１２０の移動により同様の操作を行ってもよい。その場合、本実施形態は、請求項８に対応する。また、像が示す標本領域の移動及び撮像は、変倍光学系３６が低倍率に設定された状態において行ってもよい。その場合、作成されるバーチャルスライドの解像度は下がる。

以下、請求項と本実施形態との対応関係を説明する。なお、以下に示す対応関係は、参考のために示した一解釈であり、本発明を限定するものではない。請求項記載の画像データ生成部は、観察カメラ２４と、『回転ミラー２８を回転させる（或いは、移動型光学系１２０を移動させる）動作と、観察カメラ２４に像の画像データを生成させる動作と繰り返すコンピュータ１８の機能』とに対応する。請求項記載の画像合成部は、『順次生成される画像データを繋ぎ合わせて、バーチャルスライドを作成するコンピュータ１８の機能』に対応する。

＜本発明の補足事項＞
なお、第１〜第４の実施形態では、レンズを切り替えることにより変倍光学系３６の倍率を変更する例を述べた。本発明は、かかる実施形態に限定されるものではない。変倍光学系３６を光学ズーム可能なレンズ群により構成し、レンズを切り替えることなく変倍光学系３６の倍率を変更してもよい。

また、第１〜第３の実施形態では、正立顕微鏡に本発明を適用する例を述べたが、本発明は倒立顕微鏡にも適用可能である。
第１〜第４の実施形態で挙げた全ての数値は、対物レンズ４０に関するものを除き、全て参考のための一例である。

以上詳述したように本発明は、顕微鏡（特に電気生理学用の顕微鏡や、バーチャルスライド）の分野において大いに利用可能である。

本発明の第１の実施形態における顕微鏡システムの概略構成図である。 図１の顕微鏡の詳細を示す概略構成図である。 変倍光学系の詳細を示す図であり、図２の対物レンズの光軸に沿って接眼部から標本の方向に見た模式的上面図である。 第１の実施形態において、対物レンズを透過した光束が変倍光学系を介して観察カメラ内で結像するまでの光路の説明図である。 低倍率と高倍率での観察視野の関係を示す説明図である。 本発明の第２の実施形態における顕微鏡システムの概略構成図である。 本発明の第３の実施形態における顕微鏡システムの概略構成図である。 図７の顕微鏡の詳細を示す概略構成図である。 図８の不動型光学系１１６と移動型光学系１２０の詳細を示す図であり、図８の対物レンズの光軸に沿って接眼部から標本の方向に見た模式的上面図である。 第３の実施形態において、対物レンズを透過した光束が観察カメラ内で結像するまでの光路の説明図である。 本発明の第４の実施形態における顕微鏡システム（バーチャルスライド作成システム）の概略構成図である。 図１１の顕微鏡における大型ステージの詳細を示す斜視図である。

符号の説明

１０ 顕微鏡システム
１２ 顕微鏡
１６ ミラー傾きコントローラ
１８ コンピュータ
２０ 観察モニタ
２４ 観察カメラ
２６ ケーブル
２８ 回転ミラー
３２ 接眼部
３６ 変倍光学系
３８ 蛍光励起用光源
４０ 対物レンズ
４４ ステージ
４６ 透過用光源
５０ 標本
５４ 低倍光学系
５６ 高倍光学系
５８ 全反射ミラー
６０、６２、６４、６６ 変倍レンズ
６８ 結像レンズ
６９ 撮像素子
７０ 回転制御機構
８０ 顕微鏡システム
８４ マニピュレータコントローラ
８６ マイクロマニピュレータ
１００ 顕微鏡システム
１０８ ケーブル
１１０ 顕微鏡
１１４ 固定ミラー
１１６ 不動型光学系
１２０ 移動型光学系
１３０、１３２ 変倍レンズ
１３６ リレー光学系
１３８、１４０ 変倍レンズ
１４８ 移動機構
１６０ 顕微鏡システム
１７０ ケーブル
１７４ 顕微鏡
１８０ 大型ステージ
１８４ ステージ移動機構
１９０ スライド標本

Claims (8)

1. 標本から観察像までの光路において、最も前記標本側に位置する第１対物レンズと、
   前記標本に共役な中間像を、前記第１対物レンズと共に形成する第２対物レンズと
   を備えた顕微鏡における、光学系であって、
   前記第１対物レンズと前記第２対物レンズとの間の光学系内に配置され、反射により光路の方向を変更する反射用ミラーを有し、
   前記反射用ミラーの反射面の延在方向が変わるように、前記反射用ミラーは回転可能である
   ことを特徴とする顕微鏡の光学系。
2. 請求項１記載の顕微鏡の光学系において、
   前記反射用ミラーと、前記観察像側の結像レンズとの間に、前記観察像の倍率を切り替え可能な変倍光学系を有する
   ことを特徴とする顕微鏡の光学系。
3. 請求項１または請求項２記載の顕微鏡の光学系において、
   標本に対する観察視野の位置と、前記反射用ミラーの回転量との対応関係を示す情報を有すると共に、前記情報に基づいて前記反射用ミラーを回転させる制御部を備えている
   ことを特徴とする顕微鏡の光学系。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項記載の顕微鏡の光学系を備えている
   ことを特徴とする顕微鏡。
5. 請求項４記載の顕微鏡と、
   前記顕微鏡において前記反射用ミラーを回転させる動作と、前記観察像を撮像して画像データを生成する動作とを繰り返し行う画像データ生成部と、
   生成された複数の前記画像データを合成して、標本のバーチャルスライドを作成する画像合成部と
   を備えていることを特徴とするバーチャルスライド作成システム。
6. 標本から観察像までの光路において、最も前記標本側に位置する第１対物レンズと、
   前記標本に共役な中間像を、前記第１対物レンズと共に形成する第２対物レンズと
   を備えた顕微鏡における、光学系であって、
   前記光路において、前記中間像より後ろに位置し、光軸に対して垂直な方向に移動可能なレンズを備えている
   ことを特徴とする顕微鏡の光学系。
7. 請求項６記載の顕微鏡の光学系を備えていることを特徴とする顕微鏡。
8. 請求項７記載の顕微鏡と、
   前記顕微鏡において、前記レンズを光軸に対して垂直な方向に移動させる動作と、前記観察像を撮像して画像データを生成する動作とを繰り返し行う画像データ生成部と、
   生成された複数の前記画像データを合成して、標本のバーチャルスライドを作成する画像合成部と
   を備えていることを特徴とするバーチャルスライド作成システム。

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