JP2007148159A

JP2007148159A - 顕微鏡

Info

Publication number: JP2007148159A
Application number: JP2005344470A
Authority: JP
Inventors: Takaaki Okamoto; 高明岡本; Ryosuke Komatsu; 亮介小松
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2005-11-29
Filing date: 2005-11-29
Publication date: 2007-06-14
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: JP4720460B2

Abstract

【課題】オートフォーカス用の照明光の焦点位置を調整する焦点位置調整レンズを標本の所望の位置に容易に合わせることができるオートフォーカス装置を備えた顕微鏡。
【解決手段】焦点位置調整用の照明光を対物レンズ４を介して標本２上に結像し、光軸方向へ移動可能なレンズ１３ｂにより照明光の焦点位置を変える焦点位置調整レンズ１３を有する照明光学系１６と、標本２の反射光をレンズ４を介して受光し光電変換器２６に結像する結像光学系１７と、レンズ１３を駆動するための回転操作手段１２とを有するフォーカス装置と、レンズ４の光軸方向へ移動可能なステージ３を操作する回転操作手段１１と、当該手段１２の１回転当たりのレンズ１３の移動量を、操作手段１１の１回転当たりのステージ３の移動量と略等しくするための、レンズ４の種類に対応したレンズ１３の駆動情報を格納した記憶手段Ｍを有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、フォーカス装置を備えた顕微鏡に関する。

従来、標本に対してオートフォーカス用のスリット形状の照明光を照射し、その反射光を利用して観察光学系の焦点位置に標本面を位置決めするフォーカス装置を備えた顕微鏡が知られている。またこの種の顕微鏡では、オートフォーカス用の照明光の結像位置を光軸方向へ調整するための焦点位置調整レンズをさらに備え、これによって観察光学系の焦点位置に標本の所望の位置を合わせることが可能なものが本出願人によって提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。

ここで、焦点位置調整レンズを備えたオートフォーカス装置には、焦点位置調整レンズを操作するためのダイヤルが備えられており、観察者がこのダイヤルを回転させた際には、その回転角から計算された焦点位置調整レンズの移動量がパルス数に換算されてレンズ駆動部へ伝達され、これによって焦点位置調整レンズの駆動が行われるように構成されている。
特開２００４−７０２７６号公報

対物レンズの焦点を標本に合わせる際には、ステージを上下動させるためのステージ用の操作ダイヤルが操作される。しかしながら、このステージ用の操作ダイヤルを操作し、その後、焦点位置調整レンズを移動させる際に焦点位置調整レンズ用の操作ダイヤルを操作した場合、焦点位置調整レンズの調整が円滑にできない場合があった。

そこで本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、オートフォーカス用の照明光の焦点位置を調整する焦点位置調整レンズを標本の所望の位置に容易に合わせることができるオートフォーカス装置を備えた顕微鏡を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために本発明は、
焦点位置調整用の光源からの照明光を対物レンズを介して標本上に結像し、光軸上に配置されている当該光軸方向へ移動可能なレンズにより照明光の焦点位置を変える焦点位置調整レンズを有するフォーカス用照明光学系と、
前記標本からの反射光を前記対物レンズを介して受光しフォーカス用光電変換器に結像するフォーカス用結像光学系と、
前記焦点位置調整レンズを操作するための焦点位置調整レンズ駆動用回転操作手段と、を有するフォーカス装置と、
前記標本を載置し前記対物レンズの光軸方向へ移動可能なステージを操作するためのステージ用回転操作手段と、
前記焦点位置調整レンズ駆動用回転操作手段の１回転当たりの前記焦点位置調整レンズの移動量を、前記ステージ用回転操作手段の１回転当たりの前記ステージの移動量と略等しくするための、前記対物レンズの種類に対応した前記焦点位置調整レンズの駆動情報を格納した記憶手段を有していることを特徴とする顕微鏡を提供する。

また本発明の顕微鏡は、
前記記憶手段は、環境温度に対応した前記焦点位置調整レンズの駆動情報をさらに備えていることが望ましい。

本発明によれば、オートフォーカス用の照明光の焦点位置を調整する焦点位置調整レンズを標本の所望の位置に容易に合わせることができるオートフォーカス装置を備えた顕微鏡を提供することができる。

以下、本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡を添付図面に基づいて説明する。
はじめに、本顕微鏡の全体的な構成について説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡の構成を示す図である。
図１に示すように本顕微鏡１は、標本２を載置するステージ３、ステージ３下方に配置された対物レンズ４及びフォーカス装置５、ステージ３上方に配置された透過照明装置６、フォーカス制御用スイッチボックス７を備えている。ここで、対物レンズ４は不図示の電動ターレットに保持されており、このターレットには他の倍率の対物レンズが複数個取り付けられており、標本に応じて適宜切替えることができる。

顕微鏡１本体の内部には、ステージ３を対物レンズ４の光軸方向へ駆動するためのステージ駆動部８、同じく光軸方向のステージ３の位置を検出する位置検出部９を備え、それぞれ制御部１０に接続されている。そしてこの制御部１０には、前述のフォーカス制御用スイッチボックス７、メモリＭ、及び入力部１４も接続されている。なお、入力部１４には、不図示のキーボード、対物レンズ切替えスイッチ、オートフォーカス制御開始スイッチ、及び合焦位置記憶スイッチ等が設けられている。

また、顕微鏡１本体にはステージ３を光軸方向へ操作するためのダイヤル１１（以下、「ステージダイヤル」という。）が設けられている。
さらに、フォーカス制御用スイッチボックス７には、後述する図２に示す焦点位置調整レンズ１３を当該焦点位置調整レンズ１３の光軸方向へ操作するためのダイヤル１２（以下、「オフセットダイヤル」という。）が設けられている。

図２は、本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡の光学系の構成を示す図である。
図２に示すように本顕微鏡１の光学系は、標本２の下方に配置された観察光学系１５、フォーカス装置５の光学系であるフォーカス用照明光学系１６及びフォーカス用結像光学系１７からなる。

観察光学系１５は、標本２側から光軸に沿って順に、対物レンズ４、ダイクロイックミラー２３、及び観察用結像レンズ２４を有している。さらに、観察用結像レンズ２４の後方には不図示の接眼レンズが配置されており、この接眼レンズを介して標本像が形成され、観察者による肉眼観察が可能となる。なお、観察用結像レンズ２４の結像位置にＣＣＤセンサを配置して標本像を撮影する構成とすることもできる。

フォーカス用照明光学系１６は、標本２に対してスリット形状の照明光を照射するための光学系であって、光軸に沿って順に、ＬＥＤ光源１８、第１コレクタレンズ１９ａ、スリット形状の開口を備えたスリット板２０、第２コレクタレンズ１９ｂ、瞳の半分を遮光するための瞳制限マスク２１、ハーフミラー２２、及び焦点位置調整レンズ１３（以下、「オフセットレンズ」という。）を有している。

本実施形態においてオフセットレンズ１３は、ダイクロイックミラー２３側から順に、凸レンズ１３ａ、凹レンズ１３ｂからなり、また凹レンズ１３ｂには当該凹レンズ１３ｂを光軸方向へ駆動するためのオフセットレンズ駆動部２７が接続されている。
フォーカス用結像光学系１７は、フォーカス用照明光学系１６によって照明された標本２からの反射光を受光するための光学系であって、ハーフミラー２２の反射光路上に配置されたオートフォーカス用結像レンズ２５、及びＣＣＤセンサ２６を有している。

以上の構成の下、対物レンズ４の焦点位置とフォーカス用照明光学系１６からの照明光の集光位置とが合った状態において、観察者によって入力部１４のオートフォーカス制御開始スイッチが操作されると、フォーカス用照明光学系１６によって標本２にスリット形状の照明光が照射され、標本２からの反射光はフォーカス用結像光学系１７によってＣＣＤセンサ２６上に結像される。これにより制御部１０は、ＣＣＤセンサ２６で得られた画像から焦点情報（対物レンズ４の焦点位置から標本面までの相対的な距離）を求め、この焦点情報に基づきステージ３を駆動して標本面を対物レンズ４の焦点位置へ配置する。これにより、対物レンズ４の焦点位置と標本面が合い、かつフォーカス用照明光学系１６からの照明光の集光位置が同じく標本面に合い、またその反射像がＣＣＤセンサ２６上に結像されることとなる。なお、このときの標本面の位置をオフセットゼロ位置という。

次に観察者は、観察位置を標本内部に移動させる場合オフセットダイヤル１２を回転させてオフセットレンズ１３ｂを駆動してフォーカス用照明光学系１６からの照明光の集光位置を標本内部である光軸方向へ任意の移動量分だけ移動させる。そしてこれと同時に制御部１０がオートフォーカス制御を行うことで、ステージ３が駆動されて標本面はフォーカス用照明光学系１６からの照明光の集光位置に合わせられる。このとき、対物レンズ４の焦点位置は固定であるため、標本面は対物レンズ４の焦点位置からずれた位置即ち標本内部に配置されることとなる。以上の方法によって、対物レンズ４の焦点位置に標本２内部の任意の位置を合わせることが可能となる。

次に、本実施形態において最も特徴的なオフセットレンズ１３の駆動制御について説明する。
上記従来のオートフォーカス装置を備えた顕微鏡は、上述のようにオフセットダイヤルを回転させるたびに同じ回転角であっても環境温度や対物レンズの種類によってオフセットレンズの移動量が異なる。そしてこの条件のままオフセットレンズ１３ｂの駆動とオートフォーカス制御（移動した照明光の集光位置へ標本面を配置するためのステージ駆動）が同時に行われることとなる。したがって観察者は、オフセットダイヤルを回転させるたびに、同じ回転角であっても環境温度や対物レンズの種類によってステージの移動量が異なることとなるため、オフセットダイヤルを回転させ標本の所望の位置を観察光学系の焦点位置に配置する際、調整し難かった。

そこで本実施形態に係る顕微鏡１は、以下に詳述する図３の制御フローを用いることで、オフセットダイヤル１２を回転させた際のステージ３の移動量が環境温度や対物レンズ４の種類によらず一定であり、その移動量はステージダイヤル１１を同じ回転角だけ回転させた際のステージ３の移動量と同じになるように構成している。

図３は、本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡におけるオフセットレンズの駆動制御のためのフローチャートを示す図である。
本制御フローは、観察者によるオートフォーカス制御開始スイッチの操作に伴って開始される。

ステップＳ１０１：制御部１０が、タイマーをスタートさせる。
ステップＳ１０２：制御部１０が、所定時間の経過を判断する（本実施形態においては１０ミリ秒に設定されている。）。所定時間が経過している場合はステップＳ１０３へ進み、所定時間が経過していない場合は本ステップＳ１０２が繰り返し行われる。
ステップＳ１０３：オフセットレンズ１３用のレンズ駆動部２７とともに備えられた不図示の回転角検出部を介し、制御部１０がオフセットダイヤル１２の回転角を読み取る。

ステップＳ１０４：制御部１０が、ユーザによってオフセットダイヤル１２が回転操作されているか否か、すなわちステップＳ１０３で読み取られた回転角が、メモリＭに格納されている前回検出分のオフセットダイヤル１２の回転角と異なるか否かを判断する。回転角が前回検出分の回転角と異なる場合はステップＳ１０５へ進み、同じ場合は本制御フローが終了する。

ステップＳ１０５：制御部１０が、ステップＳ１０３で読み取られたオフセットダイヤル１２の回転角から、この回転角に対応する角度でステージダイヤル１１を操作したと仮定した時のステージ３の上下方向移動量を算出する。ここで、ステージダイヤル１１は、公知のステージダイヤルと同様、その１回転当たりのステージ３の上下方向移動量が一定であり、この単位回転移動量は入力部１４に設けられている不図示のスイッチによって変更可能である。

本ステップにおいてオフセットダイヤル１２の回転角からステージ３の上下方向移動量を算出する方法は、ステージダイヤル１１を回転させた際に移動量を算出する方法と同じものが用いられる、すなわち、ステージダイヤル１１によるステージ３の単位回転移動量が用いられる。
本ステップにおいて制御部１０はさらに、算出されたステージ３の上下方向移動量から、これに対応する移動量分だけオフセットレンズ１３を駆動するために必要なパルス数を計算する。なお、このパルス数の計算については、後に詳述する。

ステップＳ１０６：ステップＳ１０３で得られたオフセットダイヤル１２の回転角と、ステップＳ１０５で得られたオフセットレンズ１３を駆動するためのパルス数とが、メモリＭに格納される。格納された回転角とパルス数は、次回、ステップＳ１０４が実行される際に用いられ、次回の移動量の算出及びパルス数の計算に用いられる。
ステップＳ１０７：制御部１０が、ステップＳ１０５で得られたオフセットレンズ１３を駆動するためのパルス数をレンズ駆動部２７へ出力してオフセットレンズ１３を駆動する。そして、ステップＳ１０３へ戻る。

次に、ステップＳ１０５におけるオフセットレンズ１３を駆動するためのパルス数の計算について述べる。
図４は、本発明の実施形態に係るフォーカス装置を備えた顕微鏡のメモリに格納されている、基準温度でのオフセットゼロ位置からの各距離のパルス数を対物レンズごとに示したテーブルである。
図５は、本発明の実施形態に係るフォーカス装置を備えた顕微鏡のメモリに格納されている、各温度におけるオフセットゼロ位置のパルス数を対物レンズごとに示したテーブルである。

まず、図４に示すテーブルを用いて、ステップＳ１０５において算出されたステージ３の上下方向移動量と、現在のオフセットレンズ１３のパルス数Ｑ（ｘ１，ｙ）から、移動するパルス数Ｑ（ｘ２，ｙ）を求める。次に、不図示の温度センサによって温度を測定し、図５に示すテーブルに基づきオフセットゼロ位置のずれ量Ｔ（ｗ１，ｙ）を求める。最後にＱ（ｘ２，ｙ）＋Ｔ（ｗ１，ｙ）を計算し、これがオフセットレンズ１３を駆動するためのパルス数となる。

本実施形態において、図４及び図５に示したテーブルは、予め対物レンズごとに計測されたデータであって、メモリＭに記憶されているものである。
なお、テーブルの態様はこれに限られず、例えば、リニアエンコーダ等を利用して、ステージ３の上下方向位置を検出するための装置が顕微鏡１に備えられている場合には、顕微鏡１の使用前にオフセットレンズ１３を移動させ、そのときのステージ３の位置を読み取り、図４に示すテーブルを作成する構成とすることもできる。この構成によれば、温度を考慮する必要がなくなるため、図４に示すテーブルのみを用いることで上述のパルス数の計算を行うことが可能となる。

以上の構成により、本実施形態に係る顕微鏡１は、オフセットダイヤル１２を回転させた際のオフセットレンズ１３の移動量が環境温度や対物レンズ４の種類によらず一定であり、その移動量はステージダイヤル１１を同じ回転角だけ回転させた際のステージ３の移動量と同じになるように構成している。すなわち、オフセットダイヤル１２を操作してオフセットレンズ１３を移動させた際に、ステージダイヤル１１を操作してステージ３を上下動させた場合と同様の操作感で、ステージ３を上下動させることができる。

以上より、オートフォーカス用の照明光の焦点位置を調整する焦点位置調整レンズを標本の所望の位置に容易に合わせることができるオートフォーカス装置を備えた顕微鏡を実現することができる。

本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡の構成を示す図である。本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡の光学系の構成を示す図である。本発明の実施形態に係るオートフォーカス装置を備えた顕微鏡におけるオフセットレンズの駆動制御のためのフローチャートを示す図である。本発明の実施形態に係るフォーカス装置を備えた顕微鏡のメモリに格納されている、基準温度でのオフセットゼロ位置からの各距離のパルス数を対物レンズごとに示したテーブルである。本発明の実施形態に係るフォーカス装置を備えた顕微鏡のメモリに格納されている、各温度におけるオフセットゼロ位置のパルス数を対物レンズごとに示したテーブルである。

符号の説明

１顕微鏡
２標本
３ステージ
４対物レンズ
１０制御部
１１ステージダイヤル
１２オフセットダイヤル
１３焦点位置調整レンズ（オフセットレンズ）
Ｍメモリ

Claims

焦点位置調整用の光源からの照明光を対物レンズを介して標本上に結像し、光軸上に配置されている当該光軸方向へ移動可能なレンズにより照明光の焦点位置を変える焦点位置調整レンズを有するフォーカス用照明光学系と、
前記標本からの反射光を前記対物レンズを介して受光しフォーカス用光電変換器に結像するフォーカス用結像光学系と、
前記焦点位置調整レンズを操作するための焦点位置調整レンズ駆動用回転操作手段と、を有するフォーカス装置と、
前記標本を載置し前記対物レンズの光軸方向へ移動可能なステージを操作するためのステージ用回転操作手段と、
前記焦点位置調整レンズ駆動用回転操作手段の１回転当たりの前記焦点位置調整レンズの移動量を、前記ステージ用回転操作手段の１回転当たりの前記ステージの移動量と略等しくするための、前記対物レンズの種類に対応した前記焦点位置調整レンズの駆動情報を格納した記憶手段を有していることを特徴とする顕微鏡。
前記記憶手段は、環境温度に対応した前記焦点位置調整レンズの駆動情報をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。