JP2992870B2 - 顕微鏡撮影装置 - Google Patents

顕微鏡撮影装置

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正男 矢島
和夫 柴
寿壮 一柳
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NITSUSHIN KOKI KK
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、顕微鏡で観察する試料
被写体を写真撮影するために使用される顕微鏡用撮影装
置に関する。
【0002】
【従来の技術】顕微鏡用撮影装置は、例えば、医学用標
本試料等の撮影に関連して、従来から種々のものが知ら
れている。
【0003】従来、顕微鏡用撮影装置は、撮影者が目視
により手動でピント合わせを行い、その後、上記顕微鏡
用撮影装置により写真撮影を行っていた。例えば、図2
に示すような顕微鏡用撮影装置は、撮影者がフォーカシ
ングビューワ50を通してステージ54上に載置した試
料被写体53に図示しないつまみを使用してピント合わ
せを行っていた。すなわち、目視でピントを合わせる際
は、資料被写体53の撮影視野を決めたのち、撮影フィ
ルム56へ結像する光束の一部を撮影フィルム56の直
前で分岐し、撮影者の目にピントが合うように視度調整
されたフォーカシングビューワ50(倍率4倍程度)を
用いてフォーカシングを行う。フォーカシング完了後、
図2の上方に設置されている写真撮影装置55を用いて
試料被写体53の写真撮影を行っていた。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、顕微鏡光学系
の倍率が1〜4倍程度と低倍率である場合には、目視の
焦点深度が(非常に)深くなり、フォーカシングが難し
くなる。そこで、焦点深度を浅くするためにフォーカシ
ング望遠鏡51を用い、目視の光学系の倍率を高くして
いた。しかしなお、目視でピントが合っていると判断し
ても、実際に撮影してみるとピントが充分に合っていな
い写真になる場合が多かった。
【0005】これは、上記のような工夫にも関わらず、
撮影フィルムの焦点深度より目視の焦点深度が深いこと
が原因である。たとえば、従来の上記顕微鏡用撮影装置
の場合には、対物レンズ52の倍率を4.0倍(N.A.=
0.13)、写真撮影レンズの倍率を3.3倍、フォー
カシングビューワ50の倍率を3.9倍、フォーカシン
グ望遠鏡51の倍率を4.0倍としたとき、後述詳細に
説明するが、式DF=n・(ε/m)・(1/N.A.)に
よって焦点深度DFを求めると、目視での焦点深度が4
4.6、撮影フィルムの焦点深度が26.6となり、依
然として、撮影フィルムの焦点深度より目視の焦点深度
が深くなっている。この発明は、上述した事情に鑑みて
なされたものであって、顕微鏡光学系の倍率が1〜4倍
程度と低倍率の場合でも、ピントの合った良好な写真を
撮影することができる新規な顕微鏡用撮影装置を提供す
ることを目的とする。
【0006】
【問題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明に係わる顕微鏡で観察する試
料被写体を写真撮影するために使用される顕微鏡用撮影
装置は、上記試料被写体を写真撮影する写真撮影手段
と、上記試料被写体の像を拡大させるとともに上記写真
撮影手段にセットされた撮影フィルム面に結像させる顕
微鏡光学系と、上記顕微鏡光学系から上記撮影フィルム
面に到る光路から光束の一部を分離させ、分離された光
束による上記試料被写体の像を撮像する撮像手段と、こ
の撮像手段から出力する撮像信号に基づき、上記試料被
写体の像を上記撮影フィルム面にピントを合わせるオー
トフォカス手段とを有し、上記撮像手段における焦点深
度を上記写真撮影手段における焦点深度より浅くしてい
る。
【0007】また、請求項2記載の発明に係わる顕微鏡
撮影装置は、撮像手段の分解能をε1 、撮影手段の分解
能をε2 、撮像手段が有する結像光学系の倍率をm1
撮影手段が有する結像光学系の倍率をm2 としたとき、
撮像手段の(ε1 /m1 )の値を撮影手段の(ε2 /m
2 )値以下の値としたことである。
【0008】さらに、請求項3記載の発明に係わる顕微
鏡撮影装置は、撮像手段の結像光学系の倍率m1 を撮影
手段の倍率m2 より高くしている。
【0009】また、請求項4記載の発明に係わる顕微鏡
撮影装置は、撮像手段の分解能ε1を撮影手段の分解能
ε2 より高くしている。
【0010】また、請求項5記載の発明に係わる顕微鏡
撮影装置は、撮像手段の分解能ε1を撮影手段の分解能
ε2 より高くするとともに、撮像手段の結像光学系の倍
率m1 を撮影手段の倍率m2 より高くしいる。
【0011】
【作用】顕微鏡光学系の倍率をm、開口数をN.A.、屈折
率をn、分解能をεとし、撮像素子や撮影フィルムの最
小錯乱円としてこのεを用いると、焦点深度:DFは周
知のように、 DF=n・(ε/m)・(1/N.A.) で表される。
【0012】ここで、屈折率n及び開口数N.A.は、顕微
鏡に使用される対物レンズ及び使用条件により決まるの
で、(ε/m)を調節し、上記撮像手段の焦点深度を上
記撮影手段の焦点深度と同じあるいは浅く調整してい
る。換言すれば、撮像手段の(ε1 /m1 )の値を撮影
手段の(ε2 /m2 )以下の値となるように調整する。
【0013】上記(ε/m)を調整して、上記撮像手段
の焦点深度を上記撮影手段の焦点深度以下とする方法と
しては、撮像手段の倍率m1 を撮影手段の倍率m2 より
高くする方法がある。逆に、撮像手段の分解能ε1 を撮
影手段の分解能ε2 より高くする方法がある。また、上
記(ε/m)の両者の値を調整して行う方法がある。要
するに、上記(ε/m)のどちらかの要因が上記撮像手
段の焦点深度を上記撮影手段の焦点深度より深くする方
向の値となった場合には、もう一方の要因をより以上に
上記撮像装置の焦点深度を浅くするように調整し、全体
としての焦点深度を浅くするのである。
【0014】なお、「倍率」とは、光学系によって生ず
る物体の像の大きさと、物体の大きさの比と定義されて
おり、倍率の高→低とは、倍率mの数値が大→小として
表現される。また、「分解能」とは、カメラ、顕微鏡、
目などで2点間または2線間を見分けうる能力と定義さ
れており、分解能の高→低とは、分解能εの数値が小→
大として表現される。
【0015】
【実施例】以下、具体的な実施例を説明する。図1にお
いて、符号0は、顕微鏡を用いて観察される試料被写体
を示す。試料被写体0は、ケーラー照明と呼ばれる顕微
鏡光学系の反対側に設けられた照明手段40により、顕
微鏡光学系に向かって照明される。顕微鏡光学系は、対
物レンズ10と写真撮影用レンズ12とから構成されて
おり、試料被写体0の像を拡大させている。また、写真
撮影用レンズ12は、拡大された試料被写体0の像を、
写真撮影手段(例えば、スチールカメラ)16にセット
された撮影フィルム16Aのフィルム面上に結像させて
いる。
【0016】対物レンズ10から撮影フィルム16Aの
フィルム面に到る光路内には、ハーフミラー14が設け
られており、ハーフミラー14により光束の一部を分離
させている。分離された光束は、結像レンズ18を介し
て、CCDカメラ20の受光面上に試料被写体0の像を
結像している。すなわち、ハーフミラー14とリレーレ
ンズ18とCCDカメラ20とは「撮像手段」を構成し
ており、試料被写体0の像を撮像する。
【0017】CCDカメラ20の出力信号は、オートフ
ォーカス装置22に送られ、オートフォーカス装置22
に入力した信号は、画像信号としてディスプレイ26に
出力し、CCDカメラ20の撮像画像をディスプレイ2
6に表示している。それと同時に、オートフォーカス装
置22は入力信号に基づき、モータ24を駆動して、顕
微鏡光学系のオートフォーカス制御を行う。後述するオ
ートフォーカス制御方法は、ホストコンピュータ等であ
る制御装置28にプログラムとして内蔵され、プログラ
ム処理により実施される。
【0018】なお、上記プログラムは、オートフォーカ
ス装置22に内蔵され、プログラム処理される場合もあ
る。これらオートフォーカス装置22、モータ24、制
御装置28は「オートフォーカス手段」を構成する。オ
ートフォーカス制御は、試料被写体0のピントの合った
像がCCDカメラ20の受光面上に結像するように行わ
れるが、このとき自動的に、試料被写体0のピントの合
った像が撮影フィルム16Aに結像するようになってい
る。上記のようなオートフォーカス制御は公知の制御方
法を利用できるが、概略説明すると次のとおりである。
【0019】撮像手段としてのCCDカメラから得られ
る画像信号を微分または差分の計算を行って得られる信
号、すなわちコントラスト信号を用い、コントラスト信
号が最大値となる撮影レンズの位置を検出してピント位
置を決定することによって行われるオートフォーカス制
御方法を用いている。通常、撮影レンズの移動の方式に
よって全スキャン方式、ピーク停止方式及び山登り方式
がある。全スキャン方式とは、撮影レンズを十分に前ピ
ントの位置から十分に後ピントに位置まで移動させてみ
て、得られたコントラスト信号の強度が最大となる位置
を記憶しておき、撮影レンズをその位置に戻す方式であ
る。
【0020】ピーク停止方式とは、撮影レンズを前ピン
トの位置から移動させ、得られたコントラスト信号の強
度が極大値をとると判定した位置で撮影レンズを停止す
る方式である。山登り方式とは、撮影レンズを最初任意
の一方向に移動させ、得られたコントラスト信号の強度
を移動の前後で比較し、移動後得られたコントラスト信
号の強度が増加すれば同方向に移動させ、逆に、移動後
得られたコントラスト信号の強度が減少すれば逆方向に
移動させ、その後の移動中に強度が最大となる位置に撮
影レンズを停止させる方式である。
【0021】すなわち、対物レンズ10と写真撮影用レ
ンズ12とにより構成される「顕微鏡光学系」におい
て、撮影用フィルム16Aのフィルム面と光学的に共役
な「対物レンズ側物体面」は、対物レンズ10、写真撮
影用レンズ12、リレーレンズ18により構成される光
学系において、CCDカメラ20の受光面と光学的に共
役な対物レンズ側物体面と合致しており、オートフォー
カス制御は上記対物レンズ側物体面が試料被写体0に一
致するように行われるのである。
【0022】オートフォーカス制御により、試料被写体
0のピントの合った像が撮影用フィルム16Aのフィル
ム面に結像したら、写真撮影装置16により撮影を行え
ばよい。なお、図中に破線で示すように、ハーフミラー
30と接眼レンズ32とを設け、目視により資料を観察
するようにしても良い。この場合も、試料被写体0のピ
ントの合った像が撮影フィルム16Aのフィルム面上に
結像したとき、接眼レンズ32の視野内でも、試料被写
体0にピントが合うようにしておくのである。
【0023】つぎに、上記実施例において、対物レンズ
10の倍率を4倍、開口数N.A.を0.13、写真撮影用
レンズ12の倍率を3.3倍とし、結像レンズ18の倍
率を1.0倍とし、撮影手段としてはCCDカメラ20
に1/3インチ型(水平解像度380本)を用いた場合
の例をつぎに示す。
【0024】このとき対物レンズ10と写真撮影用レン
ズ12による撮影光学系における像側の最小錯乱円の径
を30μm(解像度20本/mm)とした場合の焦点深
度DFfilmは26.6μmとなる。なお、屈折率nは、
試料のカバーガラスの屈折率1.52を用いた。対物レ
ンズ10、写真撮影用レンズ12、リレーレンズ18に
よる「撮像光学系」における像側の最小錯乱円の径εは
CCD素子の水平方向長をL、水平解像度をK(TV
本)とすると、 ε(CCD)=(3L)/(2K) となるので、CCDカメラにおける焦点深度DF
CCD は、 DFCCD =[n・(3L)]/[(2mK)・(1/N.
A.)] となり、 DFCCD =17.1μmとなる。
【0025】DFCCD は、DFfilm の1/2程度とな
り、オートフォーカス手段としてのオートフォーカスシ
ステムでピントを合わせば、常に、フィルム面上にピン
トの合った像を得ることができる。ちなみに、このとき
の図0で示すビューワ系での焦点深度DFeye は、Ber
eyの式より、εeye を目の分解能λを波長とすると、 DF=n・〔(εeye /N.A.)・(250 /m)+1/2
・(λ/(N.A.)2 )〕 となり、εeye =1.4μm、λ=550nmとする
と、 DFeye =44.6μm となり、〔0003〕項で述べたように、DFeye はD
filmの2倍程度となり、目視でピントを合わせても、
写真ではピントが合わない場合が多くなる。
【0026】このような条件において、5人の撮影者が
目視観察系による目視でピント合わせを一人につき20
回づつ実施したときのピントのずれの標準偏差は9.5
μmであった。これに対し、オートフォーカス制御によ
るピント合わせを100回実施したときのピントのずれ
の標準偏差は2.3μmであった。
【0027】すなわち、実施例において、オートフォー
カス制御により目視によるよりもずっと精度のよいピン
ト合わせを実現することができる。なお、実施例では、
撮像手段における結像倍率mを結像レンズ18の倍率を
1よりも高くする、あるいは、撮像手段としてのCCD
カメラ20の分解能εを高くし、(ε/m)の数値を大
きくし、撮像手段の焦点深度を浅くした。さらに、撮像
手段にピントのあった試料被写体の像が結像したとき
に、ピントの合った試料被写体の像が確実に結像するよ
うに調節してもよい。
【0028】また、実施例において、ハーフミラー30
および接眼レンズ32は無くても良いし、ディスプレイ
26は確認用であり、結像レンズ18の倍率が1.0倍
となっているので省略することも可能である。また、実
施例では、CCDカメラの分解能ε1 を撮影フィルムの
分解能ε2 より小さくし、m1,2 は同一としている
が、同一でなくてもよい。結像レンズ18の倍率を高く
した場合は、CCDカメラの分解能ε1 が低い(すなわ
ち安価なCCDカメラ)ものを使用できるというメリッ
トがある。また、撮像手段の倍率m1 を高く、分解能ε
1 を高くして、オートフォーカス精度を改善することも
できる。
【0029】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
では、上記撮像手段における焦点深度が上記写真撮影手
段における焦点深度より浅くしているので、顕微鏡光学
系の倍率が低い場合、例えば、1〜4倍程度でも、目視
によるよりも高い精度でピントの合った良好な写真を撮
影することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を説明するための図である。
【図2】本発明の従来例を説明するための図である。
【符号の説明】
0 試料被写体 10 対物レンズ 12 写真撮影用レンズ 14 ハーフミラー 16 写真撮影装置 16A 撮影フィルム 18 リレーレンズ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 一柳 寿壮 長野県諏訪市大字中洲4600番地 日新工 機株式会社内 (56)参考文献 特開 平5−72468(JP,A) 実開 平6−84411(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) G02B 21/36 G02B 7/28

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】顕微鏡で観察する試料被写体を写真撮影す
    るために使用される顕微鏡用撮影装置であって、 上記試料被写体を写真撮影する写真撮影手段と、 上記試料被写体の像を拡大させるとともに上記写真撮影
    手段にセットされた撮影フィルム面に結像させる顕微鏡
    光学系と、 上記顕微鏡光学系から上記撮影フィルム面に到る光路か
    ら光束の一部を分離させ、分離された光束による上記試
    料被写体の像を撮像する撮像手段と、 この撮像手段から出力する撮像信号に基づき、上記試料
    被写体の像を上記撮影フィルム面にピントを合わせるオ
    ートフォカス手段とを有し、 上記撮像手段における焦点深度が上記写真撮影手段にお
    ける焦点深度より浅いことを特徴とした顕微鏡撮影装
    置。
  2. 【請求項2】請求項1記載の顕微鏡撮影装置において、 撮像手段の分解能をε1 、撮影手段の分解能をε2 、撮
    像手段が有する結像光学系の倍率をm1 、撮影手段が有
    する結像光学系の倍率をm2 としたとき、撮像手段の
    (ε1 /m1 )の値を撮影手段の(ε2 /m2 )値以下
    の値とした顕微鏡撮影装置。
  3. 【請求項3】請求項2記載の顕微鏡撮影装置において、 撮像手段の結像光学系の倍率m1 を撮影手段の倍率m2
    より高くした顕微鏡撮影装置
  4. 【請求項4】請求項2記載の顕微鏡撮影装置において、 撮像手段の分解能ε1 を撮影手段の分解能ε2 より高く
    した顕微鏡撮影装置
  5. 【請求項5】請求項2記載の顕微鏡撮影装置において、 撮像手段の分解能ε1 を撮影手段の分解能ε2 より高く
    するとともに、 撮像手段の結像光学系の倍率m1 を撮影手段の倍率m2
    より高くした顕微鏡撮影装置
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