JP2008292809A - 顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 可換光学素子に起因して発生する波面収差を確実に補正できること。
【解決手段】 顕微鏡１００は、標本１および交換可能な対物レンズ１４を介した光を検出する撮像装置１７を備え、撮像装置１７の検出結果をもとに標本１の観察画像を得る顕微鏡であって、対物レンズ１４を介する光の波面変調を行う可変ミラー１５と、この可変ミラーを移動させ、可変ミラー１５上の中心位置１５ｃを対物レンズ１４の光軸ＯＡ上に位置合わせするステージ１８と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、標本および交換可能な可換光学素子を介した光を検出する光検出器を備え、この光検出器の検出結果をもとに標本の観察画像を得る顕微鏡に関するものである。

近年、標本の観察像をより高精度に得るため、対物レンズ等の光学素子に起因して発生した波面収差を補正する収差補正装置（アダプティブ光学装置）を用いた顕微鏡が開発されている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載の顕微鏡は、アダプティブ光学装置として波面変調器を備え、この波面変調器によって、対物レンズを透過する前後の光のうち少なくとも一方の波面変調を行うことで、対物レンズに起因して発生する波面収差を補正するようにしている。

特開平１１-１０１９４２号公報

しかしながら、上述のように対物レンズに起因して発生する波面収差を波面変調器によって補正する場合、波面変調器上の所定位置（例えば、中心位置）が対物レンズの光軸上に位置合わせされていなければ波面収差を十分に補正することができないという問題があった。

すなわち、波面変調器による波面の変調量は、波面変調器上の所定位置を対物レンズの光軸上に位置合わせした状態において対物レンズに起因して発生する波面収差を適正に補正できる（打ち消せる）ように最適化されている。ところが、通常、対物レンズは交換可能であり、交換可能な対物レンズごとにその光軸位置に個体差がある。このため、対物レンズを交換するごとに、対物レンズの光軸と波面変調器上の所定位置との間にずれが生じる。この場合、波面変調器においてあらかじめ設定された波面変調量と、対物レンズによる波面収差とが整合しなくなる。その結果、波面収差を十分に補正することができず、高精度な観察像を得ることができないという問題があった。

本発明は上記に鑑みてなされたものであって、対物レンズ等の交換可能な可換光学素子を交換した場合、その可換光学素子に起因して発生する波面収差を波面変調器によって確実に補正することができ、高精度な観察像を得ることができる顕微鏡を提供することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる顕微鏡は、標本および交換可能な可換光学素子を介した光を検出する光検出器を備え、該光検出器の検出結果をもとに前記標本の観察画像を得る顕微鏡において、前記可換光学素子を介する光の波面変調を行う波面変調器と、前記波面変調器を移動させ、該波面変調器上の所定位置を前記可換光学素子の光軸上に位置合わせする移動機構と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記可換光学素子の光軸に対する前記波面変調器上の前記所定位置の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段と、前記位置ずれ量をもとに、前記移動機構によって前記波面変調器を移動させて該波面変調器の位置ずれ補正を行う補正制御手段と、を備えたことを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記位置ずれ検出手段は、前記光検出器の検出結果をもとに、前記可換光学素子を介した光の明るさ中心を検出するとともに、基準位置に対する該明るさ中心の中心ずれ量を前記位置ずれ量として検出し、
前記補正制御手段は、前記中心ずれ量が極小となるように前記移動機構によって前記波面変調器を移動させて前記位置ずれ補正を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記光検出器は、撮像装置であり、前記位置ずれ検出手段は、前記撮像装置による撮像範囲内の所定撮像位置を前記基準位置とし、該撮像装置が撮像した前記明るさ中心の前記中心ずれ量を前記位置ずれ量として検出することを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記標本の共役像面上に設けられ、該標本を介した光の通過範囲を制限する光制限部材と、前記標本の共役像と前記光制限部材との相対位置を走査させる走査手段と、を備え、前記光検出器は、前記標本および前記可換光学素子を介した光を、前記光制限部材を介して検出し、前記位置ずれ検出手段は、前記走査手段による走査範囲における所定相対位置を前記基準位置とし、前記走査手段による前記相対位置の走査にともなって前記光検出器が検出した一連の検出結果をもとに、前記明るさ中心の前記中心ずれ量を前記位置ずれ量として検出することを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記標本および前記可換光学素子を介する光は、レーザ光であり、前記走査手段は、前記レーザ光を偏向させ、前記光制限部材に対して前記標本の共役像を走査させるスキャナであることを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記可換光学素子は、対物レンズであることを特徴とする。

また、本発明にかかる顕微鏡は、上記の発明において、前記移動機構は、圧電素子によって駆動され、前記波面変調器を移動させることを特徴とする。

本発明にかかる顕微鏡によれば、対物レンズ等の交換可能な可換光学素子を交換した場合、その可換光学素子に起因して発生する波面収差を波面変調器によって確実に補正することができ、高精度な観察像を得ることができる。

以下、添付図面を参照し、本発明にかかる顕微鏡の好適な実施の形態を詳細に説明する。なお、この実施の形態によって、この発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一符号を付して示している。

（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡について説明する。図１は、本実施の形態１にかかる顕微鏡１００の要部構成を示す図である。この図に示すように顕微鏡１００は、図示しないステージ等に保持された標本１を照明する照明系２と、標本１の観察像を結像させてその観察画像を得る観察系３と、顕微鏡１００における各部の処理および動作を制御する制御装置４と、観察画像等の各種情報を表示する表示装置５とを備える。

照明系２は、標本１に照射する照明光を発する光源１１と、光源１１が発した照明光を集めるコレクタレンズ１２と、コレクタレンズ１２が集めた照明光を標本１に照射させるコンデンサレンズ１３とを用いて構成されている。光源１１は、例えばハロゲンランプ、あるいは水銀キセノンランプ等の各種放電ランプが用いられる。

観察系３は、標本１の各点から発せられた光を受けて平行光として射出させる対物レンズ１４と、対物レンズ１４が射出させた平行光を反射させるとともにこの平行光の波面変調を行う波面変調器としての可変ミラー１５と、可変ミラー１５が反射させた平行光を集束させて標本１の観察像を結像させる結像レンズ１６と、結像レンズ１６が結像させた観察像を撮像してその観察画像を生成する撮像装置１７と、可変ミラー１５を保持するとともにその反射面１５ａに沿って移動させる移動機構としてのステージ１８とを備える。

撮像装置１７は、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）センサ等が用いられる。撮像装置１７は、生成した観察画像の画像データを制御装置４に出力する。この画像データは、制御装置４によって表示装置５に出力され、表示装置５によって観察画像として表示される。

可変ミラー１５は、例えば多電極構成の静電駆動型可変ミラーであって、制御装置４による制御のもと印加される電圧に応じ、反射面１５ａの面形状（凹凸状態）を自在に変化させる。反射面１５ａは、例えば反射面１５ｂとして示すように湾曲され、これによって、反射面１５ｂを反射する光の波面を湾曲状に変化させる。つまり、可変ミラー１５は、反射面１５ａを変形させることで、対物レンズ１４が射出させた平行光の波面を変化させて波面変調を行う。反射面１５ａの変形量、つまり波面の変調量は、交換可能な対物レンズ１４ごとに、制御装置４内に設けられた図示しない記憶媒体によってあらかじめ記憶されている。

ステージ１８は、例えば図２に示すように、ステージ本体２０と、バネ２１Ａ〜２１Ｄと、圧電素子としてのピエゾ素子２２Ｘ，２２Ｙと、固定フレーム２３とを用いて構成されている。ステージ本体２０は、可変ミラー１５の裏面部を保持し（図２では不図示）、バネ２１Ａ〜２１Ｄによって支持されている。バネ２１Ａ，２１Ｂは、固定フレーム２３に支持され、バネ２１Ｃ，２１Ｄは、それぞれピエゾ素子２２Ｙ，２２Ｘを介して固定フレーム２３に支持されている。ピエゾ素子２２Ｙ，２２Ｘは、図示しない電気ケーブルを介して制御装置４に電気的に接続されており、制御装置４からの制御信号に応じて各々バネ２１Ｃ，２１Ｄ方向に伸縮自在とされている。

このように構成されたステージ１８では、制御装置４による制御のもと、ステージ本体２０と、このステージ本体２０に保持された可変ミラー１５とが、直交した２方向（図２では左右方向および上下方向）に移動自在とされている。また、可変ミラー１５は、平面時の反射面１５ａをこの２方向と平行にしてステージ本体２０に保持されているため、反射面１５ａに沿って２次元移動自在とされている。これによって、可変ミラー１５上の所定位置としての中心位置１５ｃは、対物レンズ１４の光軸ＯＡ上に適宜位置合わせ可能とされている。なお、中心位置１５ｃは、平面時の反射面１５ａの中心点に相当する。

制御装置４は、例えばパーソナルコンピュータを用いて実現され、可変ミラー１５、撮像装置１７、ステージ１８および表示装置５と電気的に接続されている。制御装置４は、特に、対物レンズ１４の光軸ＯＡに対する可変ミラー１５の中心位置１５ｃの位置ずれ量を検出する位置ずれ検出部４ａと、位置ずれ検出部４ａが検出した位置ずれ量をもとに、ステージ１８によって可変ミラー１５を移動させて可変ミラー１５の位置ずれ補正をする制御を行う補正制御部４ｂとを備えている。

例えば、対物レンズ１４の交換等によって可変ミラー１５上の中心位置１５ｃが対物レンズ１４の光軸ＯＡ上から外れた場合、可変ミラー１５においてあらかじめ設定された波面変調量、つまり反射面１５ａの面形状と、対物レンズ１４に起因して生じる波面収差とが整合せず、打ち消し合わなくなる。この場合、可変ミラー１５によって波面収差を十分に補正することができなくなり、対物レンズ１４を介した光の明るさ中心、つまり結像レンズ１６によって結像される観察像の明るさ中心が、結像レンズ１６の視野中心、つまり結像レンズ１６の光軸上から外れてしまう。通常、撮像装置１７は、その撮像中心を結像レンズ１６の視野中心に一致させて配置されるため、結果として、観察像の明るさ中心は観察画像の画像中心から外れることとなる。この明るさ中心の画像中心からのずれ量は、光軸ＯＡに対する中心位置１５ｃの位置ずれ量に一意的に対応する。

そこで、位置ずれ検出部４ａは、撮像装置１７が生成した観察画像をもとに、この観察画像を画像処理することで、観察画像上の観察像の明るさ中心を検出し、観察画像上の所定の基準位置に対する明るさ中心の中心ずれ量を中心位置１５ｃの位置ずれ量として検出する。また、補正制御部４ｂは、位置ずれ検出部４ａが検出した中心ずれ量が極小となるようにステージ１８によって可変ミラー１５を移動させる。このとき、制御装置４は、位置ずれ検出部４ａによる中心ずれ量の検出と、補正制御部４ｂによる可変ミラー１５の移動制御とを適宜繰り返し実行することで中心ずれ量を極小値（最小値）に収束させる。この結果、可変ミラー１５上の中心位置１５ｃが対物レンズ１４の光軸ＯＡ上に位置合わせされ、光軸ＯＡに対する中心位置１５ｃの位置ずれが補正される。

なお、このように位置ずれ補正を行う際、例えば、標本１は対物レンズ１４の視野内から退避され、対物レンズ１４は照明系２によって照射される照明光を直接受光する。あるいは、標本１として、対物レンズ１４の視野内で一様な透過率を有するものを設けるとよい。これによって、位置ずれ検出部４ａは、光軸ＯＡに対する中心位置１５ｃの位置ずれに起因して生じる明るさ中心の中心ずれ量を正確に検出することができる。

また、明るさ中心の中心ずれ量の基準となる観察画像上の基準位置は、例えば、結像レンズ１６の視野中心に相当する位置、つまり観察画像の中心位置とされる。なお、制御装置４は、図示しない入力装置から所定の補正開始指示情報が入力された場合に上述の位置ずれ補正を実行する。あるいは、対物レンズ１４が交換されたか否かを検知する検知手段をさらに備え、交換されたことを検知した場合に位置ずれ補正を行うようにすることもできる。

以上説明したように、本実施の形態１にかかる顕微鏡１００では、位置ずれ検出部４ａは、撮像装置１７が撮像して生成した観察画像をもとに、観察画像上の所定の基準位置に対する観察像の明るさ中心の中心ずれ量を検出し、補正制御部４ｂは、位置ずれ検出部４ａが検出した中心ずれ量が極小となるようにステージ１８によって可変ミラー１５を移動させ、これによって対物レンズ１４の光軸ＯＡに対する可変ミラー１５上の中心位置１５ｃの位置ずれ補正を行うようにしている。このため、対物レンズ１４を交換した場合でも、対物レンズ１４に起因して発生する波面収差を可変ミラー１５によって確実に補正することができ、高精度な観察像および観察画像を得ることができる。

なお、可変ミラー１５は、対物レンズ１４を介した光の波面収差を補正するばかりでなく、反射面１５ａの湾曲量を変化させることで、結像レンズ１６が結像させる観察像の結像位置をその光軸方向に移動させること、つまり焦点補正を行うことができる。これについても顕微鏡１００では、上述のように光軸ＯＡに対する中心位置１５ｃの位置ずれ補正を行うことで、対物レンズ１４の交換によらず常に所望の焦点補正を実現することができる。

（変形例）
つづいて、本実施の形態１にかかる顕微鏡の変形例について説明する。上述した顕微鏡１００は、位置ずれ検出部４ａおよび補正制御部４ｂを備え、対物レンズ１４に対する可変ミラー１５の位置ずれ補正を自動的に行うようにしていたが、自動補正に限定されず、手動操作によって位置ずれ補正を行うようにすることもできる。

図３は、その一例としての顕微鏡２００の要部構成を示す図である。この図に示すように、顕微鏡２００は、顕微鏡１００の構成をもとに、ステージ１８に替えてステージ２８を備えている。また、制御装置４を取り除くとともに、撮像装置１７が出力する画像データを表示装置５に直接入力させて観察画像を表示させるようにしている。その他の構成は顕微鏡１００と同じであり、同一構成部分には同一符号を付して示している。

ステージ２８は、例えばステージ１８におけるバネ２１Ｃおよびピエゾ素子２２Ｙと、バネ２１Ｄおよびピエゾ素子２２Ｘとの各組み合わせに替えて、それぞれバネ２１Ａ，２１Ｂ方向に押し引き自在な２つのビス等が固定フレーム２３に設けられ、これによってステージ本体２０を支持する構成とされる。この場合、直行した２方向に設けられる２本のビス等を適宜押し引きすることで、ステージ本体２０と、このステージ本体２０に保持された可変ミラー１５とを２次元的に自在に移動させることができる。

顕微鏡２００の利用者は、表示装置５に表示された観察画像上で、観察画像の中心位置に対する観察像の明るさ中心の中心ずれ量を目測し、この中心ずれ量が極小となるようにステージ２８を操作して可変ミラー１５を移動させることで、対物レンズ１４の光軸ＯＡに対する可変ミラー１５上の中心位置１５ｃの位置ずれ補正を行うことができる。これによって、顕微鏡２００でも顕微鏡１００と同様に、光軸ＯＡに対する中心位置１５ｃの位置ずれが補正され、対物レンズ１４を交換した場合でも、対物レンズ１４に起因して発生する波面収差を可変ミラー１５によって確実に補正することができ、高精度な観察像および観察画像を得ることができる。なお、位置ずれ補正を行う際、標本１は、例えば対物レンズ１４の視野内から退避されることが好ましい。

この他、例えば、顕微鏡１００が備えた位置ずれ検出部４ａを顕微鏡２００に設け、半自動的に位置ずれ補正を行うこともできる。すなわち、位置ずれ検出部４ａによって、観察画像上の基準位置に対する観察像の明るさ中心の中心ずれ量を検出し、この検出結果を表示装置５に表示させる。利用者は、この表示された検出結果をもとに、中心ずれ量が極小となるようにステージ２８を操作して可変ミラー１５を移動させることで、上述と同様に位置ずれを補正することができる。これによって、利用者は、中心ずれ量を目測する場合に比べ、容易かつ定量的に位置ずれ補正を行うことができる。

なお、顕微鏡１００，２００では、観察系３に設けられた可変ミラー１５によって波面収差の補正を行うとともに、この可変ミラー１５の位置ずれ補正を行うものとして説明したが、観察系３に限定されず、照明系２に可変ミラー１５を設けて波面収差の補正および可変ミラー１５の位置ずれ補正を行うようにすることもできる。また、顕微鏡１００，２００では、照明系２によって透過照明を行うものとしたが、落射照明を行うようにすることもできる。さらに、顕微鏡１００，２００では、正立顕微鏡として説明をしたが、倒立顕微鏡とすることもできる。

（実施の形態２）
つぎに、本発明の実施の形態２にかかる顕微鏡について説明する。図４は、本実施の形態２にかかる顕微鏡としてのレーザ走査型顕微鏡３００の要部構成を示す図である。この図において、実施の形態１と同一部分には、同一符号を付して示している。

レーザ走査型顕微鏡３００は、図４に示すように、レーザ光源３１、アフォーカル光学系３２、ダイクロイックミラー３３Ａ、ハーフミラー３３Ｂおよび平面ミラー３４を備える。レーザ光源３１は、標本１に含まれた蛍光体を励起させる励起光としてのレーザ光、あるいは標本１を照明する照明光としてのレーザ光を発する。アフォーカル光学系３２は、第１レンズ３２ａおよび第２レンズ３２ｂを用いて構成されており、レーザ光源３１が発した平行光としてのレーザ光を受光し、そのビーム径を所定倍率で変化させて平行光のまま射出させる。

ダイクロイックミラー３３Ａは、レーザ光源３１が発したレーザ光を反射させ、このレーザ光によって励起された標本１内の蛍光体から発せられる蛍光を透過させる特性を有する。また、ハーフミラー３３Ｂは、少なくともレーザ光源３１が発するレーザ光をほぼ等しい割合で透過および反射させる特性を有する。これらダイクロイックミラー３３Ａおよびハーフミラー３３Ｂは、配置交換自在であって、アフォーカル光学系３２が射出させたレーザ光の光路上に配置されることで、このレーザ光の一部または全部を反射させる。平面ミラー３４は、ダイクロイックミラー３３Ａまたはハーフミラー３３Ｂが反射させたレーザ光をさらに反射させる。

レーザ走査型顕微鏡３００は、さらに可変ミラー１５、ステージ１８、スキャナ３５、瞳リレー光学系３６および対物レンズ１４を備える。可変ミラー１５は、平面ミラー３４が反射させたレーザ光を反射させるとともに、このレーザ光の波面変調を行う。可変ミラー１５は、実施の形態１と同様に波面変調を行うことによって、対物レンズ１４等に起因して発生する波面収差の補正を行うとともに、後述するレーザ光の集束点（レーザスポット）を対物レンズ１４の光軸ＯＡ方向に適宜移動させる。

スキャナ３５は、対物レンズ１４の射出瞳と共役な位置（以下、瞳共役位置と呼ぶ。）に設けられた平面ミラーを用いて構成され、可変ミラー１５が反射させたレーザ光をさらに反射させる。スキャナ３５は、その反射面３５ａに平行かつ互いに直交した２つの中心軸３５ｂ，３５ｃ周りに回動自在とされており、図示しない回転駆動機構によって中心軸３５ｂ，３５ｃ周りに回動されることで、レーザ光の反射方向を２次元的に自在に偏向させることができる。ここで、中心軸３５ｂ，３５ｃは、対物レンズ１４の光軸ＯＡと反射面３５ａとの交点、つまり対物レンズ１４の瞳共役位置の中心点を通るように設けられている。

瞳リレー光学系３６は、第１リレーレンズ３６ａおよび第２リレーレンズ３６ｂを用いて構成されており、スキャナ３５が反射させたレーザ光を受光して平行光のまま射出させる。このとき、瞳リレー光学系３６は、スキャナ３５によるレーザ光の反射方向の偏向角と、レーザ光のビーム径とを所定倍率で変化させる。なお、対物レンズ１４の射出瞳と、スキャナ３５が配置される瞳共役位置とは、瞳リレー光学系３６によって互いに共役とされている。

対物レンズ１４は、瞳リレー光学系３６が射出させたレーザ光を受光して標本１上にテレセントリックに集束させる。このレーザ光の集束点（レーザスポット）は、スキャナ３５の回動動作に応じ、光軸ＯＡと垂直な平面内で２次元的に移動され、標本１上で２次元走査される。レーザ走査型顕微鏡３００では、スキャナ３５によってレーザスポットを走査制御することで、標本１上の所望位置を逐次選択的に照明することができるとともに、その所望位置における蛍光体を逐次選択的に励起させることができる。

レーザスポット内の蛍光体から発せられた蛍光もしくはレーザスポット内で標本１によって反射されたレーザ光である観察光は、励起光もしくは照明光としてのレーザ光の光路を逆にたどり、対物レンズ１４、瞳リレー光学系３６およびスキャナ３５を介して可変ミラー１５に入射される。可変ミラー１５は、この観察光を反射面１５ａによって反射させるとともに波面変調し、対物レンズ１４等に起因して発生した波面収差を補正するとともに、標本１に対する対物レンズ１４の焦点ずれを補正する。

可変ミラー１５によって反射された観察光は、平面波となって射出され、平面ミラー３４によって反射された後、ダイクロイックミラー３３Ａまたはハーフミラー３３Ｂを透過する。ここで、ダイクロイックミラー３３Ａは、観察光として蛍光を検出して蛍光観察像を得る場合に配置され、ハーフミラー３３Ｂは、観察光として標本１で反射されたレーザ光を検出して観察像を得る場合に配置されるものである。ダイクロイックミラー３３Ａまたはハーフミラー３３Ｂを透過した観察光は、その透過光路上に設けられた結像レンズ３７によって、その焦平面上に集束されて結像される。

結像レンズ３７の焦平面上、つまり標本１の共役面上には、結像レンズ３７が集束させた観察光の通過範囲を制限する光制限部材としてのピンホール板３８が配置されている。ピンホール板３８は、そのピンホール３８ａが結像レンズ３７の焦点位置に設けられ、上述した標本１上のレーザスポットと共役とされている。これによって、ピンホール板３８は、標本１上のレーザスポットから発せられた観察光を通過させ、このレーザスポット以外から発せられた光を遮断する。すなわち、ピンホール板３８は、レーザスポットが合焦された標本１上の微小領域から発せられる観察光のみを選択的に透過させ、標本１の観察にかかる空間分解能（観察範囲の分解能）を規定する。ピンホール３８ａを通過した観察光は、その光路上に設けられた光検出器としてのフォトマルチプライヤ（Photomultiplier：以下、フォトマルと呼ぶ。）３９によって光電検出される。

レーザ走査型顕微鏡３００は、さらに制御装置４４および表示装置５を備える。制御装置４４は、可変ミラー１５、ステージ１８、スキャナ３５、フォトマル３９および表示装置５に電気的に接続されており、この各部における処理および動作を制御する。制御装置４４は、特に、波面制御部４４ａ、走査制御部４４ｂ、画像処理部４４ｃ、位置ずれ検出部４４ｄおよび補正制御部４４ｅを備える。

波面制御部４４ａは、対物レンズ１４に起因して発生する波面収差に応じ、可変ミラー１５の反射面１５ａの面形状（凹凸状態）を変化させることで、その波面収差の補正を行う。波面収差を補正するための反射面１５ａの変形量は、交換可能な対物レンズ１４ごとに、制御装置４内に設けられた図示しない記憶媒体によってあらかじめ記憶されている。また、波面制御部４４ａは、反射面１５ａの湾曲量を逐次変化させることで標本１上のレーザスポットを光軸ＯＡ方向に走査させる。レーザスポットの光軸ＯＡ方向の位置は、反射面１５ａの湾曲量に一意的に対応する。このため、波面制御部４４ａは、レーザスポットの光軸ＯＡ方向における合焦位置を反射面１５ａの湾曲量によって制御する。

走査制御部４４ｂは、スキャナ３５に設けられた図示しない回転駆動機構によってスキャナ３５を中心軸３５ｂ，３５ｃ周りに回動させ、標本１上のレーザスポットを光軸ＯＡに垂直な平面内で２次元走査させる。これによって、走査制御部４４ｂは、標本１の共役像としての観察像をピンホール３８ａに対して走査させることとなる。光軸ＯＡに垂直な平面内でのレーザスポットの位置は、スキャナ３５の回転量に一意的に対応する。このため、走査制御部４４ｂは、レーザスポットの２次元的な走査位置をスキャナ３５の中心軸３５ｂ，３５ｃ周りの回転量によって制御する。

画像処理部４４ｃは、フォトマル３９が光電検出した観察光の強度データを逐次取得し、スキャナ３５によるレーザスポットの走査位置と、可変ミラー１５によるレーザスポットの合焦位置とに対応付け、図示しない記憶媒体に記憶させる。画像処理部４４ｃは、この記憶させた一連の強度データをもとに、走査位置および合焦位置に応じて画像データを構築し、標本１の観察画像を生成するとともに、生成した観察画像を表示装置５に出力して表示させる。

位置ずれ検出部４４ｄは、実質的に対物レンズ１４の光軸ＯＡに相当する光軸ＯＢに対して可変ミラー１５上の中心位置１５ｃの位置ずれ量を検出する。具体的には、位置ずれ検出部４４ｄは、画像処理部４４ｃが生成した観察画像をもとに、この観察画像を画像処理することで、観察画像上の観察像の明るさ中心を検出し、観察画像上の所定の基準位置に対する明るさ中心の中心ずれ量を中心位置１５ｃの位置ずれ量として検出する。このとき、観察画像上の基準位置は、例えば観察画像の中心位置、つまりスキャナ３５によるビームスポットの２次元走査範囲における中心位置とされる。

補正制御部４４ｅは、位置ずれ検出部４４ｄが検出した位置ずれ量をもとに、ステージ１８によって可変ミラー１５を移動させて可変ミラー１５の位置ずれ補正をする。具体的には、補正制御部４４ｅは、位置ずれ検出部４４ｄが検出した中心ずれ量が極小となるようにステージ１８によって可変ミラー１５を移動させる。このとき、制御装置４４は、位置ずれ検出部４４ｄによる中心ずれ量の検出と、補正制御部４４ｅによる可変ミラー１５の移動制御とを適宜繰り返し実行することで中心ずれ量を極小値（最小値）に収束させる。この結果、可変ミラー１５上の中心位置１５ｃが光軸ＯＢ上に位置合わせされ、対物レンズ１４の光軸ＯＡに対する中心位置１５ｃの位置ずれが補正される。

なお、このように可変ミラー１５の位置ずれ補正を行う際、例えば、標本１は対物レンズ１４の視野内において一様な反射率を有した基準標本とされる。これによって、位置ずれ検出部４４ｄは、光軸ＯＢ（実質的に光軸ＯＡ）に対する中心位置１５ｃの位置ずれに起因して生じる明るさ中心の中心ずれ量を正確に検出することができる。また、制御装置４４は、図示しない入力装置から所定の補正開始指示情報が入力された場合に上述の位置ずれ補正を実行するものとされる。あるいは、対物レンズ１４が交換されたか否かを検知する検知手段をさらに備え、交換されたことを検知した場合に位置ずれ補正を行うようにすることもできる。

以上説明したように、本実施の形態２にかかるレーザ走査型顕微鏡３００では、位置ずれ検出部４４ｄは、画像処理部４４ｃが生成した観察画像をもとに、観察画像上の所定の基準位置に対する明るさ中心の中心ずれ量を検出し、補正制御部４４ｅは、位置ずれ検出部４４ｄが検出した中心ずれ量が極小となるようにステージ１８によって可変ミラー１５を移動させ、これによって対物レンズ１４の光軸ＯＡに対する可変ミラー１５上の中心位置１５ｃの位置ずれ補正を行うようにしている。このため、対物レンズ１４を交換した場合でも、対物レンズ１４に起因して発生する波面収差を可変ミラー１５によって確実に補正することができ、高精度な観察像および観察画像を得ることができる。

ここまで、本発明を実施する最良の形態を実施の形態１および２として説明したが、本発明は、上述した実施の形態１および２に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば、種々の変形が可能である。

例えば、上述した実施の形態１および２では、位置ずれ検出部４ａ，４４ｄが検出した中心ずれ量が極小となるように可変ミラー１５をステージ１８によって移動させることとしたが、極小に限定されず所定の閾値以下となるように移動させてもよい。この場合、極小とする場合に比べて容易かつ迅速に可変ミラー１５の位置合わせをすることができる。また、位置ずれ検出部４ａ，４４ｄが検出する中心ずれ量の基準位置は、観察画像上の中心位置であるものとして説明したが、中心位置に限定されず、撮像装置１７、フォトマル３９などの配置等に応じ、観察画像上の任意の位置とすることができる。

また、上述した実施の形態１および２では、対物レンズ１４が交換された場合に、その光軸ＯＡに対する可変ミラー１５上の中心位置１５ｃの位置ずれ補正を行うものとして説明したが、対物レンズ１４の交換に限定されず、交換可能に設けられた種々の可換光学素子の交換に応じて同様に位置ずれ補正をすることができる。なお、補正制御部４ｂ，４４ｅは、可変ミラー１５上の中心位置１５ｃを光軸ＯＡ上に位置合わせするものとして説明したが、中心位置１５ｃに限定されず、可変ミラー１５における中心位置１５ｃ以外の所定位置を光軸ＯＡ上に位置合わせするようにしてもよい。

本発明の実施の形態１にかかる顕微鏡の構成を示す図である。 図１に示した可変ミラーを移動させるステージの構成を示す図である。 本実施の形態１の変形例にかかる顕微鏡の構成を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる顕微鏡としてのレーザ走査型顕微鏡の構成を示す図である。

符号の説明

１ 標本
２ 照明系
３ 観察系
４ 制御装置
４ａ 位置ずれ検出部
４ｂ 補正制御部
５ 表示装置
１１ 光源
１２ コレクタレンズ
１３ コンデンサレンズ
１４ 対物レンズ
１５ 可変ミラー
１５ａ，１５ｂ 反射面
１５ｃ 中心位置
１６ 結像レンズ
１７ 撮像装置
１８，２８ ステージ
２０ ステージ本体
２１Ａ〜２１Ｄ バネ
２２Ｘ，２２Ｙ ピエゾ素子
２３ 固定フレーム
３１ レーザ光源
３２ アフォーカル光学系
３２ａ 第１レンズ
３２ｂ 第２レンズ
３３Ａ ダイクロイックミラー
３３Ｂ ハーフミラー
３４ 平面ミラー
３５ スキャナ
３５ａ 反射面
３５ｂ，３５ｃ 中心軸
３６ 瞳リレー光学系
３６ａ 第１リレーレンズ
３６ｂ 第２リレーレンズ
３７ 結像レンズ
３８ ピンホール板
３８ａ ピンホール
３９ フォトマルチプライヤ（フォトマル）
４４ 制御装置
４４ａ 波面制御部
４４ｂ 走査制御部
４４ｃ 画像処理部
４４ｄ 位置ずれ検出部
４４ｅ 補正制御部
１００，２００ 顕微鏡
３００ レーザ走査型顕微鏡
ＯＡ，ＯＢ 光軸

Claims (8)

1. 標本および交換可能な可換光学素子を介した光を検出する光検出器を備え、該光検出器の検出結果をもとに前記標本の観察画像を得る顕微鏡において、
   前記可換光学素子を介する光の波面変調を行う波面変調器と、
   前記波面変調器を移動させ、該波面変調器上の所定位置を前記可換光学素子の光軸上に位置合わせする移動機構と、
   を備えたことを特徴とする顕微鏡。
2. 前記可換光学素子の光軸に対する前記波面変調器上の前記所定位置の位置ずれ量を検出する位置ずれ検出手段と、
   前記位置ずれ量をもとに、前記移動機構によって前記波面変調器を移動させて該波面変調器の位置ずれ補正を行う補正制御手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
3. 前記位置ずれ検出手段は、前記光検出器の検出結果をもとに、前記可換光学素子を介した光の明るさ中心を検出するとともに、基準位置に対する該明るさ中心の中心ずれ量を前記位置ずれ量として検出し、
   前記補正制御手段は、前記中心ずれ量が極小となるように前記移動機構によって前記波面変調器を移動させて前記位置ずれ補正を行うことを特徴とする請求項２に記載の顕微鏡。
4. 前記光検出器は、撮像装置であり、
   前記位置ずれ検出手段は、前記撮像装置による撮像範囲内の所定撮像位置を前記基準位置とし、該撮像装置が撮像した前記明るさ中心の前記中心ずれ量を前記位置ずれ量として検出することを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
5. 前記標本の共役像面上に設けられ、該標本を介した光の通過範囲を制限する光制限部材と、
   前記標本の共役像と前記光制限部材との相対位置を走査させる走査手段と、
   を備え、
   前記光検出器は、前記標本および前記可換光学素子を介した光を、前記光制限部材を介して検出し、
   前記位置ずれ検出手段は、前記走査手段による走査範囲における所定相対位置を前記基準位置とし、前記走査手段による前記相対位置の走査にともなって前記光検出器が検出した一連の検出結果をもとに、前記明るさ中心の前記中心ずれ量を前記位置ずれ量として検出することを特徴とする請求項３に記載の顕微鏡。
6. 前記標本および前記可換光学素子を介する光は、レーザ光であり、
   前記走査手段は、前記レーザ光を偏向させ、前記光制限部材に対して前記標本の共役像を走査させるスキャナであることを特徴とする請求項５に記載の顕微鏡。
7. 前記可換光学素子は、対物レンズであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の顕微鏡。
8. 前記移動機構は、圧電素子によって駆動され、前記波面変調器を移動させることを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の顕微鏡。

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