JP2013148651A - Microscope - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、顕微鏡に関するものである。 The present invention relates to a microscope.
従来、標本からの光を対物レンズにより集光し、観察光学系を交換し、あるいは、変倍光学系によって倍率を切り替えるとともに、倍率の変更によって変化するイメージサークルの大きさに合わせて、撮像素子を交換する顕微鏡が知られている(例えば、特許文献1参照。)。 Conventionally, the light from the specimen is collected by the objective lens, the observation optical system is replaced, or the magnification is changed by the variable magnification optical system, and the image pickup device is adapted to the size of the image circle that changes by changing the magnification. There is known a microscope for exchanging (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の顕微鏡は、観察光学系における倍率の変更に伴って、ケラレが発生しないように、イメージサークルに内接する矩形範囲を撮影する撮像素子に交換するものであるため、倍率を変更した観察を行うために、撮像素子の交換作業が必要であり、手間がかかるとともに、交換作業に時間がかかり、迅速な観察を行うことができないという不都合がある。 However, the microscope of Patent Document 1 is to replace the image sensor that captures a rectangular area inscribed in the image circle so that vignetting does not occur when the magnification in the observation optical system is changed. In order to perform the observation, it is necessary to replace the image pickup device, which is troublesome and takes time for the replacement operation.
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、倍率を切り替えた観察を簡易かつ迅速に行うことができる顕微鏡を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object of the present invention is to provide a microscope that can perform observation with the magnification switched easily and quickly.
上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
本発明の一態様は、標本からの光を集光する対物光学系と、該対物光学系により集光された光を結像する結像光学系と、該結像光学系により結像された光を撮影する撮像素子とを備え、前記結像光学系が、異なる複数の倍率に設定可能であり、前記撮像素子は、前記結像光学系によって結像された光を前記結像光学系の倍率に応じた異なるサイズの範囲に結像させる顕微鏡を提供する。
In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
In one embodiment of the present invention, an objective optical system that collects light from a specimen, an imaging optical system that forms an image of light collected by the objective optical system, and an image formed by the imaging optical system An imaging device for photographing light, and the imaging optical system can be set to a plurality of different magnifications, and the imaging device transmits light imaged by the imaging optical system to the imaging optical system. Provided is a microscope that forms an image in a range of different sizes according to magnification.
本態様によれば、標本から発せられた光は対物光学系により集光された後に、結像光学系により撮像素子に結像されて、撮像素子によって撮影される。結像光学系の倍率を異なる倍率に設定することにより、収差の保証されたイメージサークルの大きさが変化するが、撮像素子が、結像光学系の倍率に応じた異なるサイズの範囲に光を結像させるので、撮像素子を交換する必要がない。すなわち、撮像素子の交換作業にかかる手間をなくし、迅速な観察を行うことができる。 According to this aspect, the light emitted from the specimen is condensed by the objective optical system, then imaged on the image sensor by the imaging optical system, and photographed by the image sensor. By setting the magnification of the imaging optical system to a different magnification, the size of the image circle in which aberration is guaranteed changes, but the image sensor emits light in a range of different sizes according to the magnification of the imaging optical system. Since the image is formed, it is not necessary to replace the image sensor. That is, it is possible to eliminate the trouble of replacing the image sensor and perform quick observation.
特に、蛍光顕微鏡や発光顕微鏡のように、標本から発せられる光の強度が極めて低い場合には、撮像素子における光の結像範囲を狭めることにより、より明るい画像を取得することができる。これにより、蛍光顕微鏡の場合には、標本に照射する励起光の強度を低減することができて、標本の褪色を防止できるとともに、光源として励起光強度の低いものを使用して、顕微鏡全体の小型軽量化およびコスト低減を図ることができる。 In particular, when the intensity of light emitted from a specimen is extremely low, such as a fluorescence microscope or a light emission microscope, a brighter image can be obtained by narrowing the light imaging range in the image sensor. As a result, in the case of a fluorescence microscope, the intensity of the excitation light applied to the specimen can be reduced, the specimen can be prevented from fading, and a light source having a low excitation light intensity can be used as a light source. It is possible to reduce the size and weight and reduce the cost.
上記態様においては、前記撮像素子の画素数が400万画素以上であってもよい。
このようにすることで、結像光学系の倍率を0.5倍に変更しても、撮像範囲の画素数を100万画素以上確保することができ、高解像度による高倍率観察を行うことができる。
In the above aspect, the number of pixels of the image sensor may be 4 million pixels or more.
In this way, even if the magnification of the imaging optical system is changed to 0.5, the number of pixels in the imaging range can be secured at 1 million pixels or more, and high magnification observation with high resolution can be performed. it can.
また、上記態様においては、前記撮像素子が、前記結像光学系の最も長い焦点距離となる倍率におけるイメージサークルに内接する有効撮像範囲を有していてもよい。
このようにすることで、結像光学系の焦点距離が最も長い状態で、イメージサークルが最も大きくなるので、撮像素子の有効撮像範囲をイメージサークルに内接させて、収差の保証された最大限の画像を取得することができ、結像光学系の倍率が低くなった場合には、イメージサークルが縮小するので、撮像素子を交換することなく、有効撮像範囲より狭い範囲に結像された光を撮影することができる。
In the above aspect, the imaging element may have an effective imaging range inscribed in an image circle at a magnification that provides the longest focal length of the imaging optical system.
By doing so, the image circle becomes the largest in the state where the focal length of the imaging optical system is the longest, so that the effective imaging range of the image sensor is inscribed in the image circle, and the maximum guaranteed aberration is achieved. If the magnification of the imaging optical system is low, the image circle is reduced, so light that is imaged in a narrower range than the effective imaging range without replacing the imaging device Can be taken.
また、上記態様においては、前記結像光学系が、交換可能に配置された倍率の異なる複数の光学系または倍率を連続的に変更可能なズーム光学系を有していてもよい。
このようにすることで、このようにすることで、ズーム光学系の作動により結像光学系の倍率を連続的に変化させ、撮像素子を交換することなく、撮像素子の有効撮像範囲内に結像された画像を取得することができる。
In the above aspect, the imaging optical system may include a plurality of optical systems having different magnifications or a zoom optical system capable of continuously changing the magnifications, which are arranged in an interchangeable manner.
In this way, by doing so, the magnification of the imaging optical system is continuously changed by the operation of the zoom optical system, and the image pickup element is connected within the effective image pickup range without replacing the image pickup element. An imaged image can be acquired.
また、上記態様においては、前記結像光学系が、中間像を形成し、該中間像の位置に該中間像に外接する視野絞りを備えていてもよい。
このようにすることで、視野絞りによってイメージサークル外の光が遮蔽されるので、イメージサークルが小さくなって撮像素子の有効撮像範囲内に入っても、収差の保証されていないイメージサークル外の画像が取得されることを防止できる。
In the above aspect, the imaging optical system may include a field stop that forms an intermediate image and circumscribes the intermediate image at the position of the intermediate image.
In this way, the light outside the image circle is shielded by the field stop, so even if the image circle becomes smaller and falls within the effective imaging range of the image sensor, an image outside the image circle for which no aberration is guaranteed. Can be prevented from being acquired.
本発明によれば、倍率を切り替えた観察を簡易かつ迅速に行うことができるという効果を奏する。 According to the present invention, it is possible to easily and quickly perform observation with the magnification changed.
本発明の一実施形態に係る顕微鏡1について、図面を参照して以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1は、図1(a)に示されるように、標本Aを載置するステージ(図示略)と、該ステージ上に載置された標本Aからの光を集光する対物光学系2と、該対物光学系2により集光された光を結像する結像光学系3a,3bと、該結像光学系3a,3bにより結像された光を撮影する撮像素子4とを備えている。
A microscope 1 according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIG. 1A, the microscope 1 according to the present embodiment condenses light from a stage (not shown) on which the specimen A is placed and the specimen A placed on the stage. The objective
対物光学系2および撮像素子4は、図1(a)に示されるように、一定の間隔をあけた位置に固定されている。対物光学系2は、例えば、4倍の倍率を有している。
結像光学系3a,3bは、図1(a)および図1(b)に示されるように、対物光学系2と撮像素子4との間の光軸上に、異なる倍率のものを挿脱することにより、倍率を変更することができるようになっている。結像光学系3a,3bの挿脱は、ターレット、スライダ等任意の方法を採用してよい。
As shown in FIG. 1A, the objective
As shown in FIGS. 1A and 1B, the imaging
図1に示される例では、図1(a)は1倍の倍率の結像光学系3a、図1(b)は0.5倍の倍率の結像光学系3bを光軸上に挿入した状態をそれぞれ示している。
撮像素子4は、図2(a)に示されるように、図1(a)の1倍の倍率の結像光学系3aを光軸上に挿入した状態では、撮像面における収差が所定値以下に抑えられた範囲であるイメージサークルBが外接する大きさの有効撮像範囲4aを有している。
In the example shown in FIG. 1, an imaging
As shown in FIG. 2A, the
また、図2(b)に示されるように、図1(b)の0.5倍の倍率の結像光学系3bを光軸上に挿入した状態では、イメージサークルBは撮像素子4の有効撮像範囲4a内に配置されるようになっている。
また、本実施形態においては、撮像素子4の画素数は1200万画素である。
Further, as shown in FIG. 2B, in the state where the imaging
In the present embodiment, the number of pixels of the
このように構成された本実施形態に係る顕微鏡1の作用について以下に説明する。
本実施形態に係る顕微鏡1を用いて標本Aの蛍光観察を行うには、ステージ上に標本Aを載置し、標本Aに励起光を照射すると、標本Aに含まれる蛍光物質が励起されて蛍光が発せられ、発せられた蛍光が対物光学系2により集光された後に、結像光学系3a,3bによって撮像素子4の撮像面に結像させられ、撮像素子4により撮影される。
The operation of the microscope 1 according to this embodiment configured as described above will be described below.
In order to perform fluorescence observation of the specimen A using the microscope 1 according to the present embodiment, when the specimen A is placed on the stage and the specimen A is irradiated with excitation light, the fluorescent substance contained in the specimen A is excited. Fluorescence is emitted, and the emitted fluorescence is condensed by the objective
この場合において、図1(a)に示されるように、1倍の倍率を有する結像光学系3aを光軸上に挿入しておくと、標本Aからの蛍光は、図2(a)に示されるイメージサークルB内に収差の保証された像として結像される。このとき、このイメージサークルBは撮像素子4の有効撮像範囲4aに外接しているので、取得された画像は、全ての画素において、収差が抑えられた鮮明な画像となっている。
In this case, as shown in FIG. 1 (a), if the imaging
次に、図1(b)に示されるように、結像光学系3bを0.5倍の倍率を有するものに交換すると、標本Aからの蛍光は、図2(b)に示されるように、収差の保証されたイメージサークルBは撮像素子4の有効撮像範囲4a内に配置されるようになる。その結果、イメージサークルBの外側に配される画素においては、収差が保証されず、鮮明さは低下するが、イメージサークルB内においては収差が抑えられた鮮明な画像が取得される。
Next, as shown in FIG. 1 (b), when the imaging
すなわち、撮像素子4により取得された画像から、イメージサークルB内の画像のみを切り出せば、鮮明な画像を取得することができる。あるいは、撮像素子4の有効撮像範囲4a内に配されるイメージサークルB内の画像から図2(b)に示されるように、イメージサークルBに内接する矩形領域Cを切り出すことによっても、全ての画素において収差の保証された鮮明な画像を取得することができる。
That is, if only the image in the image circle B is cut out from the image acquired by the
この場合において、図1(b)に示されるように倍率の低い結像光学系3bを使用すると、標本Aからの蛍光は、撮像素子4のより狭い範囲に結像されることになる。その結果、強度の弱い蛍光の場合には、より狭い範囲に集められることにより、単位面積当たりの強度を向上することができる。すなわち、蛍光のように強度の弱い光が標本Aから発せられる場合であっても結像光学系3bの倍率を下げることにより、明るい蛍光画像を得ることができるという利点がある。
In this case, if the imaging
そして、本実施形態においては、撮像素子4として1200万画素の撮像素子4を使用しているので、結像光学系3bの倍率が0.5倍に下がっても、イメージサークルBに内接する矩形領域Cを切り出す場合には、300万画素の蛍光画像を得ることができる。すなわち、高解像度の明るい蛍光画像による観察を行うことができる。
In this embodiment, since the
また、結像光学系3bの倍率を下げることにより、十分に明るい画像が得られる場合には、シャッタスピードを上げて露出時間を下げることができる。その結果、速い速度で移動する標本Aの動作も撮影することができる。逆に、シャッタスピードを上げない場合、標本Aに照射する励起光の強度を下げることができる。その結果、光源として小型、軽量かつ低コストのものを採用することができるという利点がある。
Further, when a sufficiently bright image can be obtained by reducing the magnification of the imaging
なお、本実施形態においては、撮像素子4として、1200万画素のものを採用したが、これに代えて、400万画素以上の撮像素子4を採用してもよい。400万画素であれば、0.5倍の倍率の結像光学系3bを使用しても100万画素の画像を取得することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態においては、倍率の異なる2種類の結像光学系3a,3bを交換する場合について説明したが、2種類に限られることなく、複数種類の結像光学系3a,3bを交換することにしてもよい。また、図3および図4に示されるように、交換可能な結像光学系3a,3bに代えて、ズーム光学系5を有する結像光学系6を採用してもよい。図4は、ズーム光学系5の各ズーム倍率におけるイメージサークルと撮像可能範囲との関係を示している。ズーム光学系5によれば、倍率を連続的に切り替えることができる。
In this embodiment, the case where two types of imaging
また、図3に示されるように、結像光学系6が、中間像を結像する場合に、その中間像の結像位置に中間像に外接する視野絞り7を設けることにしてもよい。
このようにすることで、撮像素子4の撮像面に形成されるイメージサークルBの外側(図4に示される斜線の領域)には、視野絞り7によって遮蔽されることにより光が到達しないので、収差の保証されていない画像が生成されるのを防止することができる。
As shown in FIG. 3, when the imaging
By doing so, the light does not reach the outside of the image circle B (the hatched area shown in FIG. 4) formed on the imaging surface of the
(実施例1)
次に、上述した図1の実施形態に係る顕微鏡1の実施例について説明する。
図5は、本実施例に係る顕微鏡1の光学系の配列を示す図であり、図5(a)は1倍の倍率の結像光学系3aを挿入した場合、図5(b)は0.5倍の倍率の結像光学系3bを挿入した場合をそれぞれ示している。表1は1倍の倍率の結像光学系3aを挿入した場合のレンズデータ、表2は0.5倍の倍率の結像光学系3bを挿入した場合のレンズデータである。
Example 1
Next, an example of the microscope 1 according to the above-described embodiment of FIG. 1 will be described.
FIG. 5 is a diagram showing the arrangement of the optical system of the microscope 1 according to the present embodiment. FIG. 5A shows a case where the imaging
また、図6は1倍の倍率の結像光学系3aを挿入した場合の収差図、図7は0.5倍の倍率の結像光学系3bを挿入した場合の収差図であり、(a)は球面収差、(b)は像面湾曲、(c)は歪曲収差をそれぞれ示している。図中NAは開口数である。
6 is an aberration diagram when the imaging
(表1)
面番号 曲率半径r 面間隔d 屈折率Ne アッベ数νd
1 ∞ 8.33
2 72.47 2.8 1.8348 42.7
3 −11.34 5.99
4 −7.06 3.42 1.6477 33.8
5 34.82 10.13
6 −17.47 3.42 1.834 37.2
7 39.42 3.84 1.4875 70.2
8 −15.32 0.42
9 92.37 3.73 1.6031 60.6
10 −18.36 55
11 68.62 8.26 1.4875 70.2
12 −37.4 3.44 1.8061 40.9
13 −102.56 0.74
14 84.38 5.56 1.834 37.2
15 −50.62 3.3 1.6445 40.8
16 40.65 156.7
17 ∞
(Table 1)
Surface number Curvature radius r Surface spacing d Refractive index Ne Abbe number νd
1 ∞ 8.33
2 72.47 2.8 1.8348 42.7
3-11.34 5.99
4-7.06 3.42 1.6477 33.8
5 34.82 10.13
6-17.47 3.42 1.834 37.2
7 39.42 3.84 1.4875 70.2
8-15.32 0.42
9 92.37 3.73 1.6031 60.6
10-18.36 55
11 68.62 8.26 1.4875 70.2
12-37.4 3.44 1.8061 40.9
13-102.56 0.74
14 84.38 5.56 1.834 37.2
15-50.62 3.3 1.6445 40.8
16 40.65 156.7
17 ∞
(表2)
面番号 曲率半径r 面間隔d 屈折率Ne アッベ数νd
1 ∞ 8.33
2 72.47 2.8 1.8348 42.7
3 −11.34 5.99
4 −7.06 3.42 1.6477 33.8
5 34.82 10.13
6 −17.47 3.42 1.834 37.2
7 39.42 3.84 1.4875 70.2
8 −15.32 0.42
9 92.37 3.73 1.6031 60.6
10 −18.36 109.5
11 −25.32 3.75 1.5163 64.1
12 146.15 8.71 1.6779 55.3
13 −32.65 2.48
14 92.33 8.89 1.497 81.5
15 −30.95 3.75 1.673 38.1
16 −111.39 95.75
17 ∞
(Table 2)
Surface number Curvature radius r Surface spacing d Refractive index Ne Abbe number νd
1 ∞ 8.33
2 72.47 2.8 1.8348 42.7
3-11.34 5.99
4-7.06 3.42 1.6477 33.8
5 34.82 10.13
6-17.47 3.42 1.834 37.2
7 39.42 3.84 1.4875 70.2
8-15.32 0.42
9 92.37 3.73 1.6031 60.6
10-18.36 109.5
11-25.32 3.75 1.5163 64.1
12 146.15 8.71 1.6679 55.3
13-32.65 2.48
14 92.33 8.89 1.497 81.5
15-30.95 3.75 1.673 38.1
16-111.39 95.75
17 ∞
(実施例2)
次に、上述した図3の実施形態に係る顕微鏡1の実施例について説明する。
図8は、本実施例に係る顕微鏡1の光学系の配列を示す図であり、表3はズーム光学系5を有する光学系のレンズデータ、表4はズーム光学系5の倍率とレンズ間距離d18,dd21,d23との関係を示すデータである。
(Example 2)
Next, an example of the microscope 1 according to the embodiment of FIG. 3 described above will be described.
FIG. 8 is a diagram showing the arrangement of the optical system of the microscope 1 according to the present embodiment. Table 3 shows lens data of the optical system having the zoom
図9はズーム光学系5の倍率を1倍とした場合の収差図、図10はズーム光学系5の倍率を0.77倍とした場合の収差図、図11はズーム光学系5の倍率を0.5倍とした場合の収差図であり、(a)は球面収差、(b)は像面湾曲、(c)は歪曲収差をそれぞれ示している。
FIG. 9 is an aberration diagram when the zoom
(表3)
面番号 曲率半径r 面間隔d 屈折率Ne アッベ数νd
1 ∞ 8.33
2 72.47 2.8 1.8348 42.7
3 −11.34 5.99
4 −7.06 3.42 1.6477 33.8
5 34.82 10.13
6 −17.47 3.42 1.834 37.2
7 39.42 3.84 1.4875 70.2
8 −15.32 0.42
9 92.37 3.73 1.6031 60.6
10 −18.36 55
11 176.52 6.1 1.4875 70.2
12 −64.22 4 1.7185 33.5
13 −112.13 85.6
14 22.24 9.09 1.4875 70.2
15 −68.62 0.7
16 −44.38 3 1.6584 50.9
17 89.11 33.6
18 ∞ d18
19 45.5 1.8 1.74 28.3
20 19.74 4 1.5596 61.2
21 −36.01 d21
22 36.01 4 1.5596 61.2
23 −19.74 1.8 1.74 28.3
24 −45.5 d24
25 ∞
(Table 3)
Surface number Curvature radius r Surface spacing d Refractive index Ne Abbe number νd
1 ∞ 8.33
2 72.47 2.8 1.8348 42.7
3-11.34 5.99
4-7.06 3.42 1.6477 33.8
5 34.82 10.13
6-17.47 3.42 1.834 37.2
7 39.42 3.84 1.4875 70.2
8-15.32 0.42
9 92.37 3.73 1.6031 60.6
10-18.36 55
11 176.52 6.1 1.4875 70.2
12-64.22 4 1.7185 33.5
13-112.13 85.6
14 22.24 9.09 1.4875 70.2
15 -68.62 0.7
16 -44.38 3 1.6684 50.9
17 89.11 33.6
18 ∞ d 18
19 45.5 1.8 1.74 28.3
20 19.74 4 1.5596 61.2
21-36.01 d 21
22 36.01 4 1.5596 61.2
23 -19.74 1.8 1.74 28.3
24-45.5 d 24
25 ∞
(表4)
結像光学系の倍率 面間隔d18 面間隔d21 面間隔d23
1倍 24.3 27.4 42.8
0.77倍 32.1 40.5 48.8
0.5倍 79.7 66.5 42.8
(Table 4)
Magnification of imaging optical system Surface interval d 18 surface interval d 21 surface interval d 23
1x 24.3 27.4 42.8
0.77 times 32.1 40.5 48.8
0.5 times 79.7 66.5 42.8
A 標本
B イメージサークル
1 顕微鏡
2 対物光学系
3a,3b,6 結像光学系
4 撮像素子
4a 有効撮像範囲
5 ズーム光学系
7 視野絞り
A specimen B image circle 1
Claims (5)
前記結像光学系が、異なる複数の倍率に設定可能であり、
前記撮像素子は、前記結像光学系によって結像された光を前記結像光学系の倍率に応じた異なるサイズの範囲に結像させる顕微鏡。 An objective optical system for condensing the light from the sample, an imaging optical system for imaging the light collected by the objective optical system, and an imaging device for photographing the light imaged by the imaging optical system; With
The imaging optical system can be set to a plurality of different magnifications,
The imaging device is a microscope that forms an image of light imaged by the imaging optical system in a range of different sizes according to the magnification of the imaging optical system.
Priority Applications (1)
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