JP2009180828A

JP2009180828A - 顕微鏡と、顕微鏡の像ぶれ補正結像レンズと、顕微鏡の像ぶれ補正方法

Info

Publication number: JP2009180828A
Application number: JP2008018132A
Authority: JP
Inventors: Chikaya Iko; 知加也伊香
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 2008-01-29
Filing date: 2008-01-29
Publication date: 2009-08-13

Abstract

【課題】顕微鏡が受ける振動による像ぶれを補正し、像ぶれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる像ぶれ補正結像レンズと、顕微鏡の像ぶれ補正方法を提供すること。
【解決手段】ステージ１４と、対物レンズ１７と像面Ｉ１、Ｉ２との間に配置された結像レンズ１８と、前記結像レンズを光軸に直交する平面内で移動させる駆動装置と、前記結像レンズの光軸に対して直交する平面における前記対物レンズと前記ステージとの位置の変位量を検出する少なくとも１つの変位検出センサーＳ１と、前記変位検出センサーが検出した信号に基づき、前記駆動装置を駆動して前記結像レンズを移動し、前記像面における像ぶれを補正する制御装置２２と、を有することを特徴とする顕微鏡１。
【選択図】図１

Description

本発明は、顕微鏡と、これに使用される像ぶれ補正結像レンズと、顕微鏡の像ぶれ補正方法に関する。

従来、顕微鏡が設置されている建造物自体が外部から受ける振動や、顕微鏡近傍における歩行者によるわずかな振動でさえも、高倍率の観察になるほど大きな像ぶれを生じ、観察像に影響を与える。そこで重量の大きな定盤や除振台などの上に顕微鏡を設置して振動による像ぶれを防いでいた（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−１８１３９５号公報

従来の定盤や除振台を設置する場合でも、観察中はこれら防振部材に触れないよう注意する必要があった。しかし、これらの防振手段でも比較的高い周波数の振動には十分な効果が得られないと言う問題があった。

本発明は、上記課題に鑑みて行われたものであり、顕微鏡が受ける振動による像ぶれを補正し、像ぶれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる像ぶれ補正結像レンズと、顕微鏡の像ぶれ補正方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、ステージと、対物レンズと像面との間に配置された結像レンズと、前記結像レンズを光軸に直交する平面内で移動させる駆動装置と、前記結像レンズの光軸に対して直交する平面における前記対物レンズと前記ステージとの位置の変位量を検出する少なくとも１つの変位検出センサーと、前記変位検出センサーが検出した信号に基づき、前記駆動装置を駆動して前記結像レンズを移動し、前記像面における像ぶれを補正する制御装置と、を有することを特徴とする顕微鏡を提供する。

また、本発明は、結像レンズを第１の方向に移動可能に支持する内輪と、前記内輪を前記第１の方向を含む面内で前記第１の方向とは略直交する第２の方向に移動可能に支持する外輪と、前記内輪に固定され前記結像レンズを前記第１の方向に移動する第１の駆動装置と、前記外輪に固定され前記内輪を前記第２の方向に移動する第２の駆動装置と、を有することを特徴とする像ぶれ補正結像レンズを提供する。

また、本発明は、顕微鏡に配設された少なくとも１つの変位検出センサーの信号に基づき、前記顕微鏡で観察する標本像の像ぶれ量を算出して、前記顕微鏡の結像光学系内に配置された結像レンズを前記結像光学系の光軸に直交する平面内で略直交する２つの方向にそれぞれ移動させ、前記標本像の像ぶれ量を相殺することを特徴とする顕微鏡の像ぶれ補正方法を提供する。

本発明によれば、顕微鏡が受ける振動による像ぶれを補正し、像ぶれのない標本像の観察が可能な顕微鏡と、これに用いられる像ぶれ補正結像レンズと、顕微鏡の像ぶれ補正方法を提供することができる。

以下、本発明の一実施の形態にかかる顕微鏡について図面を参照しつつ説明する。

図１は、実施の形態にかかる顕微鏡の側面図を示す。図２は、標本ステージを対物レンズ側から見た図を示す。図３は、像ぶれ補正に用いられる結像レンズを示し、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＸ軸に沿った断面を、（ｃ）は結像レンズの駆動状態をそれぞれ示す。なお、以下の実施の形態は、発明の理解の容易化のためのものに過ぎず、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲において当業者により実施可能な付加・置換等を施すことを排除することは意図していない。この点に関しては補正・訂正後においても同様である。

図１において、透過照明用のランプ光源１１からの照明光は、ベース部１２の内部の不図示の照明光学系を通じてコンデンサーレンズ１３に入射し、コンデンサーレンズ１３を介してステージ１４上に置かれた標本１５を照明する。

標本１５からの光束は、レボルバ１６に搭載された対物レンズ１７で集光され結像レンズ１８により像面Ｉ１、Ｉ２に結像する。像面Ｉ１に結像された標本の像は、接眼レンズ１９を介して観察者に眼視される。また像面Ｉ２に結像された標本の像は、不図示のカメラにより撮像され不図示のモニタで観察される。

また標本１５への焦点調節は、焦準ハンドル２０を回転することでステージ１４を上下動し達成する。また、スタンド部２１には、制御装置２２が内蔵され、顕微鏡１の各種動作を制御可能に構成されている。例えば、顕微鏡１が電動顕微鏡の場合には、レボルバ１６の回転、焦準ハンドル２０の回転によるステージ１４の上下動、標本１５へのオートフォーカス動作などを制御装置２２で制御する。また、制御装置２２は、後述する像ぶれ補正処理にも用いられる。

また、図２に示すようにステージ１４の上面、及びレボルバ１６の内側に２軸加速度センサーＳ１、Ｓ２がそれぞれ配設されている。この２軸加速度センサーＳ１，Ｓ２は、対物レンズ１７の光軸に直交する平面（以後「ＸＹ平面」と記す）内の変位を検出可能に配置されている。

図２において、２軸加速度センサーＳ１は、ステージ１４の上面で標本１５をスライドする試料スライド３１の近傍に配置されている。符号３２はＸ移動ブロック、３３は標本押え爪、３４はステージ板、３５はＹステージ板、３６は開口部をそれぞれ示す。なお、図２においてＸＹ軸を図示のように決め説明する。

また、図３に示すように、結像レンズ１８は、ＸＹ平面内に移動可能に構成されている。結像レンズ１８は、内輪１８ａにガイドバー１８ｂとボイスコイルモータ１８ｃに支持されたシャフト１８ｄでＸ軸方向に移動可能に支持されている。また内輪１８ａは、外輪１８ｅにガイドバー１８ｆとボイスコイルモータ１８ｇに支持されたシャフト１８ｈでＹ軸方向に移動可能に支持されている。

結像レンズ１８は、ボイスコイルモータ１８ｃでＸ軸方向に移動し、ボイスコイルモータ１８ｇでＹ軸方向に移動する。この結果、両ボイスコイルモータ１８ｃ、１８ｇをそれぞれ駆動することでそれぞれシャフト１８ｄ、１８ｈを介して結像レンズ１８をＸＹ平面内で移動することが出来る。図２（ｃ）は結像レンズ１８を図中右上方向（＋Ｘ、＋Ｙ）方向に移動させた状態を一例として示している。

本実施の形態にかかる顕微鏡１では、顕微鏡１に加えられたＸＹ方向の振動を２軸加速度センサーＳ１、及びＳ２で検出し、検出されたＸＹ方向それぞれの変位を制御装置２２で処理し、結像レンズ１８の２つのボイスコイルモータ１８ｃ、１８ｇをそれぞれ駆動して結像レンズ１８を光軸に対して変位させることで、像面Ｉ１、Ｉ２上での像ぶれ補正を可能にしている。これにより、顕微鏡１に面内の振動が加えられても像面Ｉ１、Ｉ２上での像ぶれを止めることが出来、観察者は静止した標本像を観察することが出来る。なお、結像レンズ１８の移動に用いる駆動手段は、ボイスコイルモータに限らず、一軸方向に駆動可能な駆動手段であれば使用することが出来る。

なお、変位検出センサーＳ１、Ｓ２は２軸加速度センサーに限らず、３軸加速度センサーでも良いし、１軸加速度センサをそれぞれの場所に２つ直交するように配置することで２軸加速度センサーと同様の働きをさせることが出来る。

次に、制御装置２２における制御について説明する。

図４は制御ブロック図を示す。図５は制御装置２２における像ぶれ補正処理のＸＹ平面上での説明図であり、（ａ）は標本１５の移動量を、（ｂ）は対物レンズ１８の移動量を、（ｃ）は標本１５と対物レンズ１８の合成移動量を、（ｄ）は結像レンズ１８による補正移動量をそれぞれ例示している。

図４において、２軸加速度センサーＳ１、Ｓ２からの信号は、制御装置２２の信号入力部４１に入力される。入力されたそれぞれの信号は演算部４２でＸ方向成分、Ｙ方向成分のそれぞれが演算される。更に、結像レンズ１８のＸＹ方向それぞれの移動量を結像倍率などのパラメータに基づき演算する。この演算結果に基づき、ボイスコイルモータ駆動部４３を介してＸＹそれぞれのボイスコイルモータ１８ｃ、１８ｇをそれぞれ駆動する。以上の処理を行うことにより２軸加速度センサーＳ１、Ｓ２で検出された像の移動量を結像レンズ１８でキャンセルし像ぶれを止めることが出来る。

図５において、Ｓは標本１５が移動した量を、Ａは対物レンズ１７が移動した量を、Ｃは結像レンズ１８が移動した量をそれぞれ示す。また、標本１５が単位長さ移動したときに像面Ｉ１、Ｉ２における拡大像が移動する長さに対する倍率をｓ、対物レンズ１７が単位長さ移動したときに像面Ｉ１、Ｉ２における拡大像が移動する長さに対する倍率をａ、結像レンズ１８が単位長さ移動したときに像面Ｉ１、Ｉ２における拡大像が移動する長さに対する倍率をｃとすると、制御装置２２の演算部４２では、
ｓ×Ｓ＋ａ×Ａ＋ｃ×Ｃ＝０
となるＣを算出する。なお、上記Ｓ，Ａ，Ｃはベクトルで表され、ｓ、ａ、ｃはスカラーで表される。但し、ＸＹ方向成分の倍率が異なる場合にはベクトルとなる。

図５（ａ）では、標本１５の移動量に伴う像の移動量が（Ｘ方向の移動量、Ｙ方向の移動量）Ｓ＝（３、５）、対物レンズ１７の移動量に伴う像の移動量Ａ＝（−２、２）である場合、その合成された像の移動量はＳ＋Ａ＝（１、７）となる。よって制御装置２２は、この合成された像の移動量Ｓ＋Ａ＝（１、７）をキャンセルする為に結像レンズ１８により像をＣ＝（−１、−７）移動するようにボイスコイルモータ駆動部４３を介してＸＹそれぞれのボイスコイルモータ１８ｃ、１８ｇをそれぞれ駆動する。この結果、標本１５及び対物レンズ１７の移動による像ぶれはキャンセル（Ｓ＋Ａ＋Ｃ＝０）され像ぶれが止まる。なお、ここでは簡単の為に倍率ｓ，ａ，ｃはいずれも１倍として説明している。

なお、実施の形態の説明では２つの２軸加速度センサーＳ１，Ｓ２が配設されている場合について説明したが、２軸加速度センサーは、振動により像ぶれを発生する場所の少なくとも１ヶ所に配設してあれば像ぶれ補正を達成することが出来ることは言うまでもない。

また、振動による像ぶれを発生する各位置に２軸加速度センサーをそれぞれ配置し、制御装置２２で合成処理することで、振動による像ぶれをより効果的に補正することが出来る。例えば、図１に示す、ステージ１４、レボルバ１６以外のアーム部２３のレボルバ１６の近傍Ｓ３など３箇所に配置することでより効果的に像ぶれを補正することが出来る。

また顕微鏡１は、透過型顕微鏡に限らず倒立型顕微鏡や走査型共焦点顕微鏡などにも使用することが出来る。

以上述べたように、実施の形態にかかる顕微鏡によれば、顕微鏡に加えられた振動によって生じる像面上の像ぶれを止めることが出来、常に静止した状態の標本像を観察することが出来る。

また、顕微鏡本体で像ぶれ補正が出来るため、除振台が不要となり設置スペースを削減することが出来る。

また、顕微鏡本体で像ぶれ補正が出来るため、顕微鏡の重量や体積を少なくすることが出来、顕微鏡本体の軽量化を達成することが出来る。

また、軽量な結像レンズを移動することで像ぶれ補正が可能であり、高い周波数成分の振動による像ぶれを補正することが出来ると共に、小型のモータで結像レンズを移動することが出来る。

実施の形態にかかる顕微鏡の側面図を示す。標本ステージを対物レンズ側から見た図を示す。像ぶれ補正に用いられる結像レンズを示し、（ａ）は上面図を、（ｂ）はＸ軸に沿った断面を、（ｃ）は結像レンズの駆動状態をそれぞれ示す。制御ブロック図を示す。制御装置における像ぶれ補正処理のＸＹ平面上での説明図であり、（ａ）は標本の移動量を、（ｂ）は対物レンズの移動量を、（ｃ）は標本と対物レンズの合成移動量を、（ｄ）は結像レンズによる補正移動量をそれぞれ例示している。

符号の説明

１顕微鏡
１１ランプ光源
１２ベース部
１３コンデンサーレンズ
１４ステージ
１５標本
１６レボルバ
１７対物レンズ
１８結像レンズ
１９接眼レンズ
２０焦準ハンドル
２１スタンド部
２２制御装置
２３アーム部
３１試料スライド
３２Ｘ移動ブロック
３３標本押え爪
３４ステージ板
３５Ｙステージ板
３６開口部
４１信号入力部
４２演算部
４３ボイスモータ駆動部
Ｓ１、Ｓ２、Ｓ３２軸加速度センサー

Claims

ステージと、
対物レンズと像面との間に配置された結像レンズと、
前記結像レンズを光軸に直交する平面内で移動させる駆動装置と、
前記結像レンズの光軸に対して直交する平面における前記対物レンズと前記ステージとの位置の変位量を検出する少なくとも１つの変位検出センサーと、
前記変位検出センサーが検出した信号に基づき、前記駆動装置を駆動して前記結像レンズを移動し、前記像面における像ぶれを補正する制御装置と、
を有することを特徴とする顕微鏡。
前記変位検出センサーは、顕微鏡のステージに配設されていることを特徴とする請求項１に記載の顕微鏡。
前記変位検出センサーは、前記対物レンズを支持するレボルバに配設されていることを特徴とする請求項１または２に記載の顕微鏡。
前記変位検出センサーは、加速度センサーを含むことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の顕微鏡。
結像レンズを第１の方向に移動可能に支持する内輪と、
前記内輪を前記第１の方向を含む面内で前記第１の方向とは略直交する第２の方向に移動可能に支持する外輪と、
前記内輪に固定され前記結像レンズを前記第１の方向に移動する第１の駆動装置と、
前記外輪に固定され前記内輪を前記第２の方向に移動する第２の駆動装置と、
を有することを特徴とする像ぶれ補正結像レンズ。
前記駆動装置は、ボイスコイルモータを含むことを特徴とする請求項５に記載の像ぶれ補正結像レンズ。
顕微鏡に配設された少なくとも１つの変位検出センサーの信号に基づき、前記顕微鏡で観察する標本像の像ぶれ量を算出して、前記顕微鏡の結像光学系内に配置された結像レンズを前記結像光学系の光軸に直交する平面内で略直交する２つの方向にそれぞれ移動させ、前記標本像の像ぶれ量を相殺することを特徴とする顕微鏡の像ぶれ補正方法。
前記顕微鏡のステージに配設された第１の前記変位検出センサーの信号と、前記顕微鏡の結像光学系の近傍に配設された第２の前記位置センサーの信号との合成信号から前記標本像の像ぶれ量を算出することを特徴とする請求項６に記載の顕微鏡の像ぶれ補正方法。
前記変検出センサーは、加速度センサーを含むことを特徴とする請求項７または８に記載の顕微鏡の像ぶれ補正方法。