JP3670331B2 - 顕微鏡装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、各種の光学部材を電動にて光路に挿脱でき且つ合焦機能を備えた顕微鏡システムに係わり、さらに詳しくは合焦機能としてコントラスト法による焦点検出を行う自動合焦装置付き顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
コントラスト検出方式の自動焦点検出装置は、結像光学系によって結像する被検体像の各空間周波数における光強度（パワースペクトル）すなわち被検体像のコントラストが合焦時に最大になるという性質を利用して合焦状態を検出する。例えば、撮像面あるいはそれと共役な面に撮像素子を配置しておき、該撮像素子から得られる映像信号に基づいて物体像のコントラストを表す合焦度評価値を演算して合焦状態を検出する。又は、結像光学系の予定結像面又はその共役面を挟む光軸方向の前後に一対の撮像素子を配置し、これら一対の撮像素子から得られる映像信号に基づいて合焦度評価値を演算して合焦状態を検出する。
【０００３】
上述した各方式の自動焦点検出装置は、いづれも撮像素子に入射する被検体像のボケ具合によって焦点状態を検出しており、照明光学系により適切に照明された被検体像を撮像素子に入射する必要がある。例えば、明視野観察、微分干渉観察といった透過検鏡では、開口絞りを対物レンズの射出瞳径に対して必要以上に絞り込めば焦点深度が深くなって合焦位置付近でのコントラスト変化が緩やかになるため合焦精度が劣化するといった問題が生じる。また、光量不足、光量過多、或いは視野絞りの絞り過ぎ等により撮像素子への被検体像の入射光量が不適切であると合焦不良が生じる。そのため、焦点検出精度を確保する為に微妙な顕微鏡操作を必要とし観察者に大きな負担を強いていた。
【０００４】
かかる不具合を解消するものとして、照明光学系を適切に制御する機能を備えた自動焦点装置付き顕微鏡装置が開発されている。例えば、特公平５−１６５６６号公報には、対物レンズの倍率、開口数といった諸元データを活用して、合焦動作時にＮＤフィルタを使用した明るさ制御、視野絞り及び開口絞りを使用した開閉制御を実行して照明光学系を最適化する自動焦点装置付き顕微鏡システムが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記公告公報に記載された顕微鏡システムは、暗視野、位相差、蛍光といった種々の検鏡法に対応できていなかった。すなわち、検鏡法の違いによる被検体像の光量変化、視野絞りならびに開口絞りの適正状態の差異といったことが考慮されておらず、ある検鏡法の設定状態のまま他の検鏡法の合焦検出を行ったのでは合焦状態が検出できない場合があった。
【０００６】
また、上述した従来の顕微鏡システムは、合焦状態の検出と同時に焦点検出制御を終了してしまうので、ステージの光軸に対する水平移動、対物レンズの切替えといった観察部位の変更を行う度に、再度ＡＦ制御の開始操作を行わなければならないといった問題がある。
【０００７】
更に、標本透過率等の標本の固体差が考慮されていない計算式によりＮＤフィルタ制御を常時実施するように設定されているため、ＮＤフィルタ駆動部の劣化が進むばかりでなく、透過率が低い標本では光量不足による合焦速度の低下、又は合焦状態の検出不能といった事態が生じる可能性があった。
【０００８】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、合焦状態を検出した後もＡＦ制御を中止せず、又は合焦不能を検出するまで焦点検出動作を継続でき、検鏡法ならびに対物レンズの切換えといった観察方法の変更後においても照明光学系の適正制御を行い得て合焦速度及び合焦精度を維持でき、常に合焦がとれ、且つ、良好な顕微鏡観察が行える顕微鏡システムを提供することを目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記目的を達成するために以下のような手段を講じた。
請求項１に対応する本発明は、光学部材を光路に対して電動で挿脱又は開閉する電動挿脱／開閉手段と、前記光学部材の光路に対する挿脱又は開閉状態を検出する検出手段と、制御指示を入力するための入力手段と、前記検出手段から前記光学部材の挿脱又は開閉状態が入力されると共に、前記入力手段から入力された制御指示に対応して該当する光学部材を挿脱制御すべく前記電動挿脱手段に対して制御命令を出力する制御手段と、観察対象となっている被検体を駆動指令に基づいて合焦位置へ移動させる焦準手段とを有する顕微鏡装置において、前記光学部材の有する諸元データを光学部材毎に登録した諸元データテーブルが記憶された第１の記憶手段と、前記光学部材の各取付位置に対する装着状態を登録した装着テーブルが記憶された第２の記憶手段と、対物レンズ、検鏡法、又は観察光路の切換えが前記入力手段から指示されると、当該指示に対応した光学配置となるように前記装着テーブル及び前記諸元データテーブルのデータに基づいて制御対象となる光学部材を選定し前記制御手段へ指示する光学部材選定手段と、前記光学部材選定手段で選定した光学配置の下で、観察時には観察条件を満足するように照明光学系の照明状態を前記諸元データテーブルの諸元データに基づいて制御し、焦点検出時には観察を可能にするとともに焦点検出条件を満足するように照明光学系の照明光量を最適化する照明系制御手段と、良好な観察と同時に、結像光学系によって結像される被検体像のコントラストに基づいて焦点検出を行うと共に、焦点検出結果に応じた駆動指令を前記焦準手段へ与え、焦点検出不能となるまで又は焦点検出動作の中止命令が入力するまで焦点検出動作を継続する焦点検出手段とを備える。
【００１０】
請求項２に対応する本発明は、上記構成の顕微鏡装置において、観察又は焦点検出動作中に、光学部材の挿脱又は開閉状態を含む前記照明光学系の状態が、所定の照明状態を超えた場合に警告を発する警告手段を備える。
【００１１】
請求項３に対応する本発明は、上記構成の顕微鏡装置において、焦点検出前に観察条件を満足するように制御した照明光学系の状態を保存する復元データ保存手段と、焦点検出動作実行後に与えられた復元要求に応じて前記復元用データ保存手段から状態データを読出して照明光学系を焦点検出動作開始前の状態に復元する照明系復元手段と、前記復元用データ保存手段及び前記照明系復元手段による照明光学系の状態の保存／復元を実行するか否かを選択する選択手段とを備える。
【００１２】
【作用】
本発明は、以上のような手段を講じたことにより次のような作用を奏する。
請求項１に対応する本発明によれば、入力手段から対物レンズ、検鏡法、又は観察光路の切換えが指示され、当該指示に対応した光学配置となるように光学部材選定手段が装着テーブル及び諸元データテーブルのデータに基づいて制御対象となる光学部材を選定し、それら光学部材の制御命令が制御手段へ指示される。一方、照明系制御手段によって、光学部材選定手段で選定した光学配置下で、観察条件が満足されるように照明光学系の状態が諸元データテーブルの諸元データに基づいて制御され、焦点検出時にあっては事前に所定の焦点検出条件を満足すように照明光学系の状態がさらに制御される。また、焦点検出手段において結像光学系によって結像される被検体像のコントラストに基づいた焦点検出が実行され、焦点検出結果に応じた駆動指令が焦準手段へ与えられ、この焦点検出動作が焦点検出不能となるまで又は焦点検出動作の中止命令が入力するまで継続される。
【００１３】
請求項２に対応する本発明によれば、観察並びに焦点検出動作中に、焦点検出に適さない照明光学系の状態に設定した場合に警告が出力されるので、合焦不良状態の発見及び要因解析が容易になると共にかかる場合に即座に対応できる。
【００１４】
請求項３に対応する本発明によれば、選択手段で照明光学系の状態の保存／復元を選択しなければ照明光学系の状態が不適切であっても焦点検出動作を行うことができ、また選択手段で照明光学系の状態の保存／復元を選択すれば焦点検出動作終了後も適切な照明光学系状態で観察を行える。従って、顕微鏡操作に熟知していない人も焦点検出動作を行うだけでその後も良好な顕微鏡観察を行える。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明の実施例について説明する。
図１には本発明の一実施例に係る顕微鏡装置の全体構成が示されており、図２は該顕微鏡装置の光学系の構成が示されている。
【００１６】
本実施例の顕微鏡装置に備えられた透過照明光学系は、例えばハロゲンランプからなる透過照明用光源１から発した光を、コレクタレンズ２で集光して透過用フィルターユニット３へ入射し、透過用フィルターユニット３で調整した照明光を、透過視野絞り４、透過開口絞り５、コンデンサ光学素子ユニット６、コンデンサトップレンズユニット７を介して試料ステージ８の下方からステージ上の観察試料Ｓへ照射する。
【００１７】
透過用フィルターユニット３は、透過照明用光源１の色温度を変えずに明るさの調光を行う複数枚のＮＤフィルターと、色補正を行うための複数枚の補正フィルターとからなり、任意のフィルターを照明光学系の光路中に選択的に挿脱可能になっている。
【００１８】
コンデンサ光学素子ユニット６は、光路中に選択的に挿入される複数のユニット６ａ〜６ｃからなり、コンデンサトップレンズユニット７は光路中に選択的に挿入される複数のユニット７ａ，７ｂからなる。試料ステージ８は観察試料Ｓを光軸と直交する平面内で２次元移動できると共に、ピント合わせのため光軸方向へ移動可能である。
【００１９】
本実施例の顕微鏡装置に備えられた落射照明光学系は、水銀ランプ等からなる落射照明用光源１５からの光を、落射用フィルターユニット１６、落射シャッター１７、落射視野絞り１８、落射開口絞り１９を介して、キューブユニット１１の光路中に挿入されているユニットに入射し、観察試料Ｓ側へ反射させて落射照明する。
【００２０】
落射用フィルターユニット１６は、落射照明用光源１５の色温度を変えずに明るさの調光を行う複数枚のＮＤフィルターと、色補正を行うための複数枚の補正フィルターとから構成される。
【００２１】
試料ステージ上方には、上記落射照明光学系と一部光学部材を共用する観察光学系、写真撮影光学系等の他の光学系が配置されている。すなわち、試料ステージ８を上から臨む位置には、複数の対物レンズ９ａ〜９ｃを装着可能なレボルバ１０が顕微鏡本体にて保持されている。レボルバ１０はその回転により観察光路内の光軸上に挿入すべき対物レンズを交換可能に構成されている。レボルバ１０は、例えば顕微鏡のアーム先端部に回転自在に取付けられており、そのアーム先端部の観察光路上にキューブユニット１１が配設されている。
【００２２】
キューブユニット１１は、各種検鏡法により選択的に挿入される複数のユニット１１ａ〜１１ｃからなる。キューブユニット１１を透過した光をビームスプリッター１２で２方向に分岐し、一方の光をビームスプリッター１３を介して接眼レンズ１４へ導いている。ビームスプリッタ１２，１３は光路に対して挿脱可能である。
【００２３】
観察光路上に挿入されたビームスプリッター１２で分岐された他方の光を写真撮影光学系の光路（以下、「写真撮影用光路」と呼ぶ）へ導いている。ビームスプリッター２０が写真撮影用光路の途中に挿脱自在に設けられている。光路中に挿入したビームスプリッター２０で分岐した一方の光を結像レンズを介してピント検知用受光素子２１へ入射するようにしている。このピント検知用受光素子２１はピント検知用の光量を測光するためのものである。また、写真撮影用光路のビームスプリッター２０で分岐した他方の光を写真撮影用倍率が調整可能なズームレンズ２２を介して該光路中に挿入されたビームスプリッター２３に入射している。
【００２４】
ビームスプリッター２３は光路に対して挿脱自在になっており、光路内に挿入したビームスプリッター２３で反射させた光を、さらに別のビームスプリッター２４に入射して２方向へ分岐している。ビームスプリッター２４も光路に対して挿脱自在になっている。光路内に挿入したビームスプリッター２４で反射した光は写真用受光素子２５に入射している。写真用受光素子２５は写真撮影の露出時間を測光するための素子である。ビームスプリッター２４を光路から脱した状態で、ビームスプリッター２３で反射させた光を写真撮影用シャッター２６を介して写真撮影用のフィルムを収納したカメラ２７に入射している。
【００２５】
次に、本実施例の顕微鏡装置における制御系の構成について説明する。
装置全体の動作を管理しているメインコントロール部３０に対して専用シリアルバス３１を介して写真撮影コントロール部３２、ＡＦコントロール部３３、フレームコントロール部３４、透過フィルターコントロール部３５、透過視野絞りコントロール部３６、コンデンサコントロール部３７、落射絞りコントロール部３８、落射フィルターコントロール部３９をそれぞれ接続している。
【００２６】
写真撮影コントロール部３２は、ビームスプリッター１２，２０，２４を光路中に挿脱するための駆動及び制御と、ズームレンズ２２の駆動及び制御と、写真用受光素子２５の測光値から写真撮影時間を算出するための演算処理と、写真撮影用シャッターの開閉駆動制御と、カメラ２７のフィルム巻き上げ及び巻き戻し制御とを行う。
【００２７】
ＡＦコントロール部３３は、ピント検知用受光素子２１からのデータで所定の合焦演算を行い、その演算結果に応じて試料ステージ８を駆動することにより自動合焦検出を行う機能を備える。
【００２８】
フレームコントロール部３４は、透過照明用光源１、落射照明用光源１５、レボルバー１０、キューブユニット１１、落射シャッター１７をメインコントロール部３０からの指令に応じて駆動制御する部分である。
【００２９】
透過フィルターコントロール部３５は透過用フィルターユニット３の駆動及び制御を行い、透過視野絞りコントロール部３６は透過用視野絞りの駆動及び制御を行う部分である。コンデンサコントロール部３７はコンデンサ光学素子ユニット６、コンデンサトップレンズユニット７、透過用開口絞り５の駆動及び制御を行い、落射絞りコントロール部３８は落射視野絞り１８、落射開口絞り１９の駆動及び制御を行う。落射フィルターコントロール部３９は落射用フィルターユニット１６の駆動及び制御を行う。
【００３０】
上記各コントロール部３２〜３９は、それぞれ図３に示す回路構成を備えている。すなわち、各コントロール部は、ＣＰＵ回路４１と、このＣＰＵ回路４１からの指令で制御対象の光学ユニットを駆動する駆動回路４２と、制御対象の光学ユニットの位置を検出してＣＰＵ回路４１へ知らせる位置検知回路４３と、ＣＰＵ回路４１と専用シリアルバス３１とを接続する専用シリアル通信Ｉ／Ｆ回路４４と、その他の図示しない周辺回路とを内蔵する。上記ＣＰＵ回路４１は、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６、ＲＡＭ４７にＣＰＵバス４８を介して接続され、ＲＯＭ４６に各々の制御内容を記述したプログラムが記憶され、ＲＡＭ４７に制御演算用のデータが格納される。各コントロール部３２〜３９に専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０から制御指示が送れ込まれ、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６のプログラムに従って動作することにより各々受け持ちの光学ユニット等の制御を行うことができる。
【００３１】
図４はメインコントロール部３０と操作パネル装置の構成を示す図である。メインコントロール部３０は、ＣＰＵ１００に対して内部バス１２０を介してＲＯＭ１０１、ＲＡＭ１０２、フォントデータＲＯＭ１０３、補助記憶装置１０４、表示用メモリ１０５、不揮発性メモリ１１３等が接続されている。
【００３２】
ＲＯＭ１０１には、各種の制御内容を記述したプログラムと演算制御用のデータが格納され、特に後述する光学指示部材への光学部材の装着処理を記述したプログラム、照明光学系の最適処理を記述したプログラムが格納されている。ＲＡＭ１０２には、刻々と変化する制御並びに演算用の各種作業データが格納され、不揮発メモリ１１３には、詳細を後述する照明系の制御に用いる各種補正係数データ、光学支持部材への光学部材の装着を定義した光学部材装着データが格納される。
【００３３】
フォントデータＲＯＭ１０３は、英語、日本語、特殊図形及び特殊文字等のフォントデータが格納されている。補助記憶装置１０４は、ＩＣカード等の情報記憶媒体に対して情報を読み書きできる構成となっている。表示用メモリ１０５には、表示装置１０９に表示するデータがＣＰＵ１００より書き込まれる。
【００３４】
また、ＣＰＵ１００は専用シリアル通信インターフェース回路１０６を介して専用シリアルバス３１に接続され、インターフェース回路１０７を介してパーソナルコンピュータ等からなる遠隔制御用ホスト装置１０８に接続されている。
【００３５】
一方、上記表示用メモリ１０５に格納された表示データを表示装置１０９に表示することにより、観察者に操作入力のための画面を提供している。この表示装置１０９に表示された画面に対してタッチパネル、ジョグダイヤル１２５、専用スイッチなどからなる操作指示部材１１０から指示入力する。操作指示部材１１０から指示入力された情報は検出回路１１１で検出されてＣＰＵ１００へ入力される。更にＣＰＵ１００にブザー音を出力する音源１１２が接続されている。
【００３６】
図５は、メインコントロール部３０の外観図を示している。メインコントロール部３０は、ＩＣカード１２１を装填するための装着部１２２を備えており、装着部１２２に装填されたＩＣカード１２１が補助記憶装置１０４に電気的に接続される。また、露出動作用スイッチ１２３ならびに焦点検出動作用スイッチ１２４が専用スイッチとして設けられており、検出回路１１１に接続されている。
【００３７】
また開口絞り、視野絞り、照明光量が適切でない場合の警告用としてＬＥＤ１２６が設けられている。
次に、以上のように構成された本実施例の動作について説明する。
【００３８】
先ず、各取付位置に装着される光学部材の設定を、光学支持部材を用いて図６に示す対物レンズ装着設定画面にて行う。
対物レンズ装着設定画面は、レボルバ穴位置選択スイッチ２０４ａ〜２０４ｆと対物レンズ名称の一覧を表示するスクロール表示領域２０６と、現在の対物レンズ装着状況を表示する対物レンズ装着状況表示領域２０７と、対物レンズ装着設定スイッチ２０５で構成される。
【００３９】
なお、スクロール表示領域２０６には、ＲＡＭ１０２に配置されている対物レンズ諸元テーブルに格納されている各対物レンズの名称一覧が表示される。レボルバ穴位置選択スイッチ２０４ａ〜２０４ｆのいずれかを押し下げることにより、ＣＰＵ１００より専用シリアルバス３１を介して、当該レボルバ穴位置が光路に対して挿入する制御指示命令がフレームコントロール部３４に送出される。フレームコントロール部３４がこの制御指示を受ける形でレボルバ７を回転制御して対象レボルバ穴位置を光路上に挿入する。そこで、光路上のレボルバ穴位置に観察者が対物レンズを取りつけることになる。次に、スクロール表示領域２０６に表示されている対物レンズ名称一覧上における対応する対物レンズ位置へジョグダイヤル１２５を回転させてカーソルを移動して装着設定スイッチ２０５を押し下げる。この操作により当該レボルバ穴位置の対物レンズの設定が完了し、当該設定データが不揮発メモリ１１３に設けられた光学部材装着テーブルに格納され、対物レンズ装着設定表示領域２０７の該当表示領域が当該設定データに更新される。
【００４０】
同様の操作により、キューブ、トップレンズ、光学素子、フィルタ、接眼レンズ等の諸元データが設定可能であり、不揮発メモリ１１３に設けられる光学部材装着テーブルに格納される。
【００４１】
以後、対物レンズの切換え、検鏡法の切換え、観察光路の切換え等の制御指示が操作指示部材１１０に設けられた入力手段より入力されると、ＲＯＭ１０１に格納されている制御プログラムにより不揮発メモリ１１３に配置されている光学部材装着テーブルと、ＲＡＭ１０２に配置されている光学部材諸元テーブルを利用して、各コントロール部３２〜３９に専用シリアルバス３１を介して制御指示が送り込まれ、ＣＰＵ４５がＲＯＭ４６のプログラムに従って動作することにより各々受持ちの光学ユニットの制御が行われる。
【００４２】
次に上記光学部材の設定動作で各光学支持部材に装着された光学部材の諸元データを活用した照明光学系の最適制御について、落射蛍光と透過微分干渉の同時観察時の対物レンズ切換えを例にとり説明する。
【００４３】
先ず、操作指示部材１１０より対物レンズ切換え指示が入力されると、指定対物レンズを光路に挿入すべく制御指示命令が専用シリアルバス３１を介してフレームコントロール部３４に送られる。フレームコントロール部３４がその制御指令を受ける形でレボルバ７を回転制御して当該対物レンズを光路に挿入する。
【００４４】
メインコントロール部３０は、操作指示部材１１０より指示された対物レンズの諸元データをＲＡＭ１０２に配置されている対物レンズ諸元データテーブルから取り出してくる。光路に挿入される対物レンズに対応する諸元テーブル内の透過微分干渉条件で定義されている光学部材を光路に挿入すべくコンデンサコントロール部３７に制御指示を送り、当該対物レンズの諸元データテーブルに設定されている適切なコンデンサ光学部材が配置されるように必要な光学部材を光路に対して挿脱する。更に、以下の絞り制御及びフィルタ制御を実行する。
【００４５】
透過視野絞り径φＦＳを次式により算出する。
φＦＳ＝視野数／（対物レンズ倍率×ズーム倍率×視野絞り投影倍率）×Ｋｆｓ〔ｍｍ〕…［式１］
ここで、視野数は接眼レンズ１４の視野数でありＲＡＭ１０２に格納された不図示の接眼レンズ諸元テーブルより求まり、対物レンズ倍率は図７の対物レンズ諸元テーブルより求まる。視野絞り投影倍率はＲＡＭ１０２に格納した図８に示すトップレンズ諸元テーブルより求まる。ズーム倍率は、写真撮影コントロール部３７からの倍率変化通知時にＲＡＭ１０２に格納されているのでその値を用いることになる。Ｋｆｓは視野外接時を１とする補正係数であり、初期値として暗視野検鏡以外は１、暗視野検鏡は開放径に相当する係数が設定されている。この補正係数Ｋｆｓは、不揮発メモリ１１３に配置した，検鏡法とレボルバ穴位置とで一意に定まるテーブル上に格納されており電源遮断後もその値は保持される。補正係数Ｋｆｓは操作者が操作により任意に調整できる。
【００４６】
従って、上記計算をＣＰＵ１００が行い、求められた透過視野絞り径を透過視野絞りコントロール部３６に制御指示することにより透過視野絞り径が最適に開閉制御され、対物切換えに伴う絞り過ぎによる視野のケラレ、ならびに開き過ぎによるフレアの増加といった現象を防止できる。
【００４７】
透過開口絞りφＡＳ径を次式により計算する。
φＡＳ＝２×対物レンズ開口数×トップレンズ焦点距離×Ｋａｓ１〔ｍｍ〕…［式２］
ここで、対物レンズ開口数は図７の対物レンズ諸元テーブルより、トップレンズ焦点距離は図８のトップレンズ諸元テーブルより求める。Ｋａｓ１は、対物レンズの瞳径外接時を１とする補正係数であり、初期値として暗視野および位相差検鏡は開放径に相当する係数が、また他の検鏡法は０．８が設定されている。この補正係数Ｋａｓ１は、不揮発メモリ１１３に配置された検鏡法とレボルバ穴位置とで一意に定まるテーブル上に設定されており、電源遮断後もその値は保持される。補正係数Ｋａｓ１は、操作者が不図示の操作により任意に調整できる。
【００４８】
従って、上記計算をＣＰＵ１００が行い、求まった透過開口絞り径をコンデンサコントロール部３７に制御指示することにより透過開口絞り径が最適に開閉制御され、対物切換えに伴う開口絞りの絞り過ぎあるいは開き過ぎによるコントラストの低下及び分解能の低下といった現象を防止できる。
【００４９】
透過ＮＤフィルタの組合せを次式により計算する。

ここで、ｌｏｇａは低が２^1/4 の対数を表す。Ｋｏｂｓは顕微鏡装置の光学性能によって決定される検鏡法に応じた定数である。ＯＢは対物レンズの明るさ係数であり、ＵｐｌａｎＡｐｏ１０×の（開口数² ／倍率² ）を１とした場合の比率である。ＯＢは当該対物レンズの諸元テーブルより算出される。Ｂｉは観察面への１００％光路を１とした場合の光量比、Ｋｎｄは標本状態等により観察者により設定される補正係数であり初期値は０が設定されている。補正係数Ｋｎｄも上記透過視野絞り径あるいは上記透過開口絞り径と同様に任意に調整でき電源遮断後もその値は保持される。
【００５０】
従って、上記計算をＣＰＵ１００が行い、求まったｌｏｇａＮＤ値に対応するＮＤフィルタ組合せ（ＮＤフィルタの光路へのＩＮ／ＯＵＴの組合せ）を図９に示すＮＤフィルタ組合わせテーブルよりを求める。その求めたＮＤフィルタ組合わせを透過フィルタコントロール部３５に制御指示することにより、観察面での明るさが最適になるように対物切換えに伴う明るさの自動調光ができる。なお、ＮＤフィルタは、透過率が１／２，１／４，１／１６，１／６４の４枚が透過フィルタユニット３に装着されているものとする。
【００５１】
落射開口絞り径φＡＳは次式により算出される。

ここで、対物レンズ開口数、対物レンズ焦点距離は図７の対物レンズ諸元テーブルより求まり、開口絞りの投影倍率は顕微鏡装置の光学設計で決定される定数である。Ｋａｓ２は対物レンズの瞳径外接時を１とする補正係数であり、透過開口絞りの場合と同様な初期値を有する。Ｋａｓ２も任意に可変でき電源遮断後もその値は保持される。
【００５２】
従って、上記計算をＣＰＵ１００が行い、求まった落射開口絞り径を落射絞りコントロール部３８に制御指示することにより、対物切換えに伴う落射開口絞りの最適制御が行われる。
【００５３】
以上のように光学部材の諸元データを活用した照明系の制御を基本として、観察条件を満足しかつ焦点検出制御（以後、「ＡＦ制御」と称す）に適した照明光学系の制御について以下に説明する。
【００５４】
先ず、ＡＦ停止状態からＡＦ制御を起動する動作について透過検鏡の場合を例にとり図１０を用いて説明する。焦点検出動作用スイッチ１２４が押し下げられると、ＲＯＭ１０１に格納されている制御プログラムが起動されて以下の制御が行われる。
【００５５】
現在の検鏡法及びレボルバ位置で決まる開口絞り（以後、ＡＳと称す）、視野絞り（以後、ＦＳと称す）、ＮＤフィルタの各補正係数をＲＡＭ１０２に退避する（Ｓ１）。
【００５６】
次に、ピント検出用受光素子２１へ被検体像を入射するためにビームスプリッタ１２，２０の駆動指示を写真撮影コントロール部３２へ送出する（Ｓ２）。被検体像をピント検出用に分配したことにより観察光量が減少するので、これを補正するためにＮＤフィルタのＩＮ／ＯＵＴ制御指示を透過フィルタコントロール部３５に送出し、観察光量を一定に保つ（Ｓ３）。
【００５７】
続いて、ＦＳ径の妥当性をチェックする（Ｓ４）。すなわち現在の検鏡法が暗視野検鏡の場合は物理的なＦＳの開放径に対して４０％未満、他検鏡の場合は視野外接径に対して４０％未満に絞りこまれている場合はＦＳ径を不当と判断し、前述の各検鏡法に応じた初期値にＦＳ径を制御するよう透過視野絞りコントロール部３６に制御指示が送られる（Ｓ５）。
【００５８】
またＡＳ径については、現在の検鏡法が暗視野検鏡の場合は物理的な開放径に対して７０％未満、位相差検鏡の場合は対物レンズの瞳径に対して１００％未満、他検鏡の場合は対物レンズの瞳径に対して７０％未満に絞りこまれている場合はＡＳ径を不当と判断し（Ｓ６）、前述の各検鏡法に応じた初期値にＡＳ径を制御するようコンデンサコントロール部３７に指示が送られる（Ｓ７）。
【００５９】
上記の動作によりＡＦ制御のための照明系の適正化準備を行った後、ＡＦ制御の開始指示をＡＦコントロール部３３に送出する（Ｓ８）。その結果、ＡＦコントロール部３３では所定の合焦評価演算を行い、その演算結果に応じて試料ステージ８を光軸方向に駆動することにより自動焦点検出動作を行う。
【００６０】
合焦評価演算の際に光量不足あるいは光量過多を検出した場合は、ＡＦコントロール部３３より専用シリアルバス３１を介してその旨がメインコントロール部３０に通知され（Ｓ９）、メインコントロール部３０より光量を適正化させるように透過フィルタコントロール部３５にＮＤフィルタの光路に対するＩＮ／ＯＵＴ制御指示を行う（Ｓ１０）。
【００６１】
なお、合焦検出のためにＮＤフィルタのＩＮ／ＯＵＴ制御を無制限に行うと観察者にとって好ましい観察光量を逸脱する恐れがある。従って、ＡＦ制御開始前の観察光量に対してＮＤフィルタで±２段（光量比で１／４倍から４倍）までの範囲で自動調光を行うという制限を設ける。但し、観察者が不図示の光量増減操作によりＮＤフィルタのＩＮ／ＯＵＴ組合せを変更する場合は、上記制限を越えた光量調整を可能とする。
【００６２】
そして、ＡＦコントロール部３３よりメインコントロール部３０に合焦検出通知が通知される（Ｓ１１）。この通知を受けたメインコントロール部３０が表示装置１０９に合焦成功の旨の表示を行う（Ｓ１２）。以後、合焦検出不能もしくはＡＦ制御の中止操作を行うまで自動焦点検出動作を継続し、合焦のとれた顕微鏡観察が可能となる。
【００６３】
また、ＡＦコントロール部３３より合焦不能通知がメインコントロール部３０に通知された場合は（Ｓ１１）、ＡＦ制御の中止指示をＡＦコントロール部３３に送信しＡＦ動作を終了させ（Ｓ１３）、ピント検出用受光素子２１への被検体像の入射を中止するようビームスプリッタ１２，２０の駆動指示を写真撮影コントロール部３２へ送出する（Ｓ１４）。そしてＳ１処理にてＲＡＭ１０２に退避していたＡＳ，ＦＳ，ＮＤフィルタの各補正係数を復旧し（Ｓ１５）、該補正係数を使用して透過視野絞りコントロール部３６へのＦＳ径復旧制御指示の送出（Ｓ１６）、コンデンサコントロール部３７へのＡＳ径復旧制御指示の送出（Ｓ１７）、透過フィルタコントロール部３５へのＮＤフィルタのＩＮ／ＯＵＴ組合復旧制御指示の送出（Ｓ１８）を行い、ＡＦ制御開始前の状態に復旧する。最後にＡＦ制御による合焦検出不能表示を表示装置１０９に出力する（Ｓ１９）。
【００６４】
次に、ＡＦ動作中に観察方法の変更があった場合における、観察及びＡＦ制御の為の照明光学系の最適化について、対物レンズ切換えと検鏡法切換えを例にとり図１１及び図１２を用いて説明する。
【００６５】
操作指示部材１１０に設けられた不図示の対物レンズ切換えスイッチを押し下げると、ＲＯＭ１０１に格納されている制御プログラムにより以下の制御が行われる。
【００６６】
先ず、ＲＡＭ１０２に退避されているＡＳ，ＦＳ，ＮＤフィルタの各補正係数を、不揮発メモリ１１３に設けられている検鏡法と対物レンズで一意に定まる補正係数格納領域に格納する（Ｓ２０）。
【００６７】
本処理により、ＡＦ制御時に合焦精度を確保するために調整した照明光学系の制御状態をＡＦ制御開始前の条件に復旧させることができる。なお、合焦中に観察者が不図示の操作によりＡＳ径、ＦＳ径、ＮＤフィルタによる光量調整を行った場合は、ＲＡＭ１０２に退避されている各補正係数が更新されるので、観察者が行った操作が常に優先されることになる。
【００６８】
そして、切換え予定の対物レンズのＡＳ，ＦＳ，ＮＤフィルタの各補正係数をＲＡＭ１０２に退避し、対物レンズ切換え後のＡＦ制御による照明光学系の制御状態の変更に備える（Ｓ２１）。
【００６９】
対物レンズの切換え動作中は照明系が一時不安定な状態となるので、ＡＦ制御動作が不安定にならないようにＡＦ制御の一時中断指示をＡＦコントロール部３３に送信する（Ｓ２２）。
【００７０】
そして、フレームコントロール部３４に対して当該対物レンズを光路に挿入すべくレボルバの回転制御指示が送出されると共に、詳細は省略するが各コントロール部３４〜３９に対して照明光学系を適切にすべく各種制御指示命令が送出される（Ｓ２３）。なお、対物レンズの切換えに伴い変更される倍率、開口数といった諸元データをＡＦコントロール部３３に送信することにより、対物レンズの諸元データに応じた合焦評価演算も可能となる。
【００７１】
上記Ｓ２３処理にて一連の対物レンズ切換え動作が完了したら、ＡＦ動作開始処理のＳ４〜Ｓ８処理と同様のＦＳ径、ＡＳ径の補正制御を行った後（Ｓ２４〜Ｓ２７）、中断していたＡＦ動作を再開すべくＡＦ制御再開指示をＡＦコントロール部３３に送出する（Ｓ２８）。
【００７２】
以後の動作は、ＡＦ動作開始フローと同様であり説明を省略する。
また、検鏡切換えにおいては図１２に示すように対物レンズ切換え制御（Ｓ２３）と検鏡切換え制御（Ｓ４３）とが異なるのみなので説明は省略する。
【００７３】
なお、検鏡法が異なると被検体像の特徴が変化をするので常に同一の合焦評価演算を行うと合焦速度の低下、あるいは合焦不能といった問題が存在する。本処理では、検鏡切換え後に現在の検鏡法を専用シリアルバス３１を介してＡＦコントロール部３３に送信することにより検鏡法に応じた合焦評価演算が可能となり、合焦速度ならびに合焦精度の向上が可能となる。
【００７４】
顕微鏡を使用するにあたって、写真撮影を記録手段として用いるのは最も一般的な手法である。一般に肉眼による観察系は写真撮影系に比べて焦点深度は深くなっており、写真撮影時は観察時の合焦状態よりも更に合焦条件を厳しくする必要がある。
【００７５】
以下では、露出動作における照明光学系の最適制御を考慮したＡＦ制御動作について図１３を用いて説明する。
露出動作スイッチ１２３を押し下げると、現在のＦＳ径及びＡＳ径をＲＡＭ１０２に退避（Ｓ６０）した後、ＡＦ動作開始処理のＳ４〜Ｓ８処理と同様のＦＳ径、ＡＳ径の補正制御を行う（Ｓ６１〜Ｓ６４）。
【００７６】
続いて、ＡＦコントロール部３３に写真撮影精度を満足する合焦検出を行うべくＡＦ制御の再実行指示を送出し、再度の合焦検出動作を行う（Ｓ６５）。
ＡＦコントロール部３３より合焦検出が通知されたら（Ｓ６６）、露出途中で焦準部を移動することによるピンボケを防止する為、メインコントロール部３０より、ＡＦ制御の一時中断指示をＡＦコントロール部３３に送信する（Ｓ６７）。そして、露出開始時の写真撮影状態を復元するためにＳ６０処理にてＲＡＭ１０２に退避していたＦＳ径、ＡＳ径を再現すべく、透過視野絞りコントロール部３６並びにコンデンサコントロール部３７へ各々復旧制御指示を送出する（Ｓ６８）。
【００７７】
上記Ｓ６８処理にて一連の露出動作準備が完了したら、写真撮影コントロール部３２に露出開始指示を送出し、予めメインコントロール部３０より不図示の写真撮影条件設定操作により写真撮影コントロール部３２に通知されている撮影条件に基づいて一連の露出動作が行われる（Ｓ６９）。
【００７８】
露出動作が完了したら、中断していたＡＦ動作を再開すべくＡＦ制御再開指示をＡＦコントロール部３３に送出しＡＦ制御が継続されることになる（Ｓ２８）。
【００７９】
次に、観察並びにＡＦ制御に適さない照明光学系状態の警告表示について図１４〜図１６を用いて説明する。
先ず、透過検鏡の場合を例にとり開口絞り径が不当な状態になった場合の動作について説明する。
【００８０】
コンデンサコントロールユニット７に装着されている不図示の開口絞り環を回転操作、あるいはメインコントロール部３０に設けられているジョグダイヤル１２５を回転操作すると、コンデンサコントロール部３７がその回転方向及び回転量を検出し開口絞り５の開閉制御を行い、専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０にＡＳ径の変化を通知する（Ｓ８０）。
【００８１】
メインコントロール部３０では該ＡＳ径を基に前述の式２よりＡＳ補正係数Ｋａｓ１を求めＲＡＭ１０２及び不揮発メモリ１１３に設けられている補正係数データを更新し（Ｓ８１）、ＡＳ径の妥当性をチェックする（Ｓ８２）。すなわち、現在の検鏡法が暗視野検鏡の場合は物理的な開放径に対して７０％未満、位相差検鏡の場合は対物レンズの瞳径に対して１００％未満、他検鏡の場合は対物レンズの瞳径に対して７０％未満に絞りこまれている場合はＡＳ径を不当と判断し、音源１１２を介してＡＳ径警告音を出力すると共にＡＳ径警告ＬＥＤ１２６ａを点灯表示する（Ｓ８３）。
【００８２】
従って観察者は、容易にＡＳ径の絞り過ぎによる観察並びにＡＦ制御に適さない状態になったことを判断でき、かつ上記操作により開口絞り５を開くといった適切な対応を容易にとれる。なお、Ｓ８２処理にてＡＳ径を妥当と判断した場合は、上記ＡＳ径警告出力は中止される（Ｓ８４）。
【００８３】
続いて、透過検鏡の場合を例にとり視野絞り径が不当な状態になった場合について説明する。
透過視野絞りユニット４に装着されている不図示の視野絞り環を回転操作、あるいはメインコントロール部３０に設けられているジョグダイヤル１２５を回転操作すると、透過視野絞りコントロール部３６がその回転方向及び回転量を検出し視野絞り４の開閉制御を行い、専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０にＦＳ径の変化を通知する（Ｓ８５）。
【００８４】
メインコントロール部３０では該ＦＳ径を基に前述の式１よりＦＳ補正係数Ｋｆｓを求めＲＡＭ１０２及び不揮発メモリ１１３に設けられている補正係数データを更新し（Ｓ８６）、ＦＳ径の妥当性をチェックする（Ｓ８７）。すなわち、現在の検鏡法が暗視野検鏡の場合は物理的な開放径に対して４０％未満、他検鏡の場合は視野外接径に対して４０％未満に絞りこまれている場合はＦＳ径を不当と判断し、音源１１２を介してＦＳ径警告音を出力すると共にＦＳ径警告ＬＥＤ１２６ｂを点灯表示する（Ｓ８８）。
【００８５】
従って観察者は、容易にＦＳ径の絞り過ぎによる観察並びにＡＦ制御に適さない状態になったことを判断でき、かつ上記操作により視野絞り４を開くといった適切な対応を容易にとれる。なお、Ｓ８７処理にてＦＳ径を妥当と判断した場合は、上記ＦＳ径警告出力は中止される（Ｓ８９）。
【００８６】
続いて、透過検鏡の場合を例にとり光量がＡＦ制御に対して不当な状態になった場合の動作について説明する。なお光量の妥当及び不当はＡＦコントロール部３３が判断する為にＡＦ制御中が警告出力の対象期間となる。
【００８７】
メインコントロール部３０に設けられているジョグダイヤル１２５を回転操作すると、メインコントロール部３０がその回転方向に応じて前述の式３のＮＤフィルタ補正係数を±１してｌｏｇａＮＤを算出し、図９に示すＮＤフィルタ組合テーブルよりＮＤフィルタの光路に対するＩＮ／ＯＵＴ組合せを求め、専用シリアルバス３１を介して透過フィルタコントロール部３５に対して制御指示を送出する（Ｓ９０）。そして、ＲＡＭ１０２及び不揮発メモリ１１３に設けられている補正係数データを更新する（Ｓ９１）。
【００８８】
ＡＦコントロール部３３が光量不足あるいは光量過多を検出した場合はその旨が専用シリアルバス３１を介してメインコントロール部３０に通知され（Ｓ９２）、音源１１２を介して光量警告音を出力すると共に光量不足の場合は光量アンダーＬＥＤ１２６ｃを、光量過多の場合は光量オーバＬＥＤ１２６ｄを点灯する（Ｓ９３）。
【００８９】
従って観察者は、容易にＡＦ制御に適さない状態になったことを判断でき、かつ適切な対応を容易にとれることになる。なおＳ９２処理にて光量妥当通知がされた場合は、光量警告出力は中止する（Ｓ９４）。
【００９０】
最後に、ＡＦ動作を行うことにより、ＡＳ径、ＦＳ径ならびにＮＤフィルタによる光量制御といった照明光学系の適正化制御が行われ、ＡＦ制御終了後も観察状態に適した照明光学系状態を維持する動作について説明する。
【００９１】
不図示の照明光学系制御選択スイッチにより、ＡＦ制御終了後、対物レンズ切換え時、並びに検鏡法切換時にＡＳ，ＦＳ，ＮＤフィルタ補正係数を退避／復旧制御を行うか否かを選択し、不揮発メモリ１１３に格納する。そして、各補正係数の退避／復旧制御を行わない設定を行った場合は、図１１の対物レンズ切換え動作フロー、図１２の検鏡切換え動作フローにおいて各補正係数の退避／復旧操作を実施しないことにより実現する。
【００９２】
従って、顕微鏡操作に熟練した人は操作者優先の観察並びにＡＦ制御が実施でき、顕微鏡操作に不慣れな人はＡＦ制御スイッチを押すだけで、自動的に観察並びにＡＦ制御に適した照明光学系の状態を構築することができる。
【００９３】
このように本実施例によれば、光学部材の諸元データと現在の観察状態を基に、必要最小限の視野絞り径、開口絞り径、ＮＤフィルタによる光量調整といった照明光学系の制御を実施することにより合焦速度の向上並びに観察状態を維持しかつ合焦のとれた顕微鏡観察が可能となる。
【００９４】
また本実施例によれば、対物レンズ切換え、検鏡法切換えといった観察方法の切換え時に、焦点検出制御の中断／再開処理を行うことにより照明光学系が一時的に不安定になる場合の焦点検出動作を実施しないことにより、観察方法の切換後も継続して合焦のとれた顕微鏡観察が可能となる。
【００９５】
また本実施例によれば、現在光路に挿入されている対物レンズの諸元データ並びに検鏡法を自動焦点検出装置に通知することにより、合焦評価演算の適切な選択が可能となり合焦速度並びに合焦精度が向上する。
【００９６】
また本実施例によれば、観察者は肉眼の焦点深度を写真撮影時は撮影の焦点深度を満たす合焦評価演算を行うことにより観察時の合焦速度が向上できると共に、写真撮影時に視野絞り並びに開口絞りの絞り過ぎによりピンボケを防止するために露出前に適切な状態に制御後に再焦点検出動作を行うことにより写真撮影精度が向上する。
【００９７】
また本実施例によれば、観察時並びに焦点検出動作時に視野絞り径並びに開口絞り径、光量の過不足といった警告表示を行うことにより顕微鏡操作者が容易に照明光学系の妥当性を判断できかつ適切な処置を施せる。
【００９８】
なお、上記実施例では、メインコントロール部３０が視野絞り、開口絞りの妥当性を判断しているが焦点検出装置に視野絞り並びに開口絞りの補正係数を通知することにより焦点検出動作で判断並びに活用することも可能である。
本発明は上記実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で種々変形実施可能である。
【００９９】
【発明の効果】
以上詳記したように本発明によれば、種々の観察状態、写真撮影、焦点検出動作において照明光学系を適切に制御することにより各々の性能が向上できかつ操作性の改善された顕微鏡装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２】図１に示す顕微鏡装置における光学系の構成図である。
【図３】図１に示す顕微鏡装置におけるコントロール部の構成図である。
【図４】図１に示す顕微鏡装置におけるメインコントロール部の構成図である。
【図５】メインコントロール部の外観図である。
【図６】対物レンズの光学支持部材への装着を設定するための操作画面図である。
【図７】対物レンズの諸元テーブルの構成図である。
【図８】コンデンサトップレンズの諸元テーブルの構成図である。
【図９】光量比ＮＤによるＮＤフィルタのＩＮ／ＯＵＴ組合せ図である。
【図１０】焦点検出開始動作の処理フロー図である。
【図１１】対物レンズ切換え動作の処理フロー図である。
【図１２】検鏡切換え動作の処理フロー図である。
【図１３】露出動作の処理フロー図である。
【図１４】開口絞りの任意調整の処理フロー図である。
【図１５】視野絞りの任意調整の処理フロー図である。
【図１６】ＮＤフィルタによる光量調整の処理フロー図である。
【符号の説明】
３０…メインコントロール部、３１…専用シリアルバス、３２…写真撮影コントロール部、３３…ＡＦコントロール部、３４…フレームコントロール部、３５…透過フィルターコントロール部、３６…透過視野絞りコントロール部、３７…コンデンサコントロール部、３８…落射視野絞りコントロール部、３９…落射フィルターコントロール部、４５，１００…ＣＰＵ、１０１…ＲＯＭ、１０２…ＲＡＭ、１０４…補助記憶装置、１０９…表示装置、１１０…操作指示部材、１１１…検出回路、１１２…音源、１２１…ＩＣカード、１２２…装着部。

Claims (3)

1. 光学部材を光路に対して電動で挿脱又は開閉する電動挿脱／開閉手段と、
   前記光学部材の光路に対する挿脱又は開閉状態を検出する検出手段と、
   制御指示を入力するための入力手段と、
   前記検出手段から前記光学部材の挿脱又は開閉状態が入力されると共に、前記入力手段から入力された制御指示に対応して該当する光学部材を挿脱制御すべく前記電動挿脱手段に対して制御命令を出力する制御手段と、
   観察対象となっている被検体を駆動指令に基づいて合焦位置へ移動させる焦準手段とを有する顕微鏡装置において、
   前記光学部材の有する諸元データを光学部材毎に登録した諸元データテーブルが記憶された第１の記憶手段と、
   前記光学部材の各取付位置に対する装着状態を登録した装着テーブルが記憶された第２の記憶手段と、
   対物レンズ、検鏡法、又は観察光路の切換えが前記入力手段から指示されると、当該指示に対応した光学配置となるように前記装着テーブル及び前記諸元データテーブルのデータに基づいて制御対象となる光学部材を選定し前記制御手段へ指示する光学部材選定手段と、
   前記光学部材選定手段で選定した光学配置の下で、観察時には観察条件を満足するように照明光学系の照明状態を前記諸元データテーブルの諸元データに基づいて制御し、焦点検出時には観察を可能にするとともに焦点検出条件を満足するように照明光学系の照明光量を最適化する照明系制御手段と、
   良好な観察と同時に、結像光学系によって結像される被検体像のコントラストに基づいて焦点検出を行うと共に、焦点検出結果に応じた駆動指令を前記焦準手段へ与え、焦点検出不能となるまで又は焦点検出動作の中止命令が入力するまで焦点検出動作を継続する焦点検出手段と、
   を具備することを特徴とする顕微鏡装置。
2. 観察又は焦点検出動作中に、光学部材の挿脱又は開閉状態を含む前記照明光学系の状態が、所定の照明状態を超えた場合に警告を発する警告手段を具備したことを特徴とする請求項１記載の顕微鏡装置。
3. 焦点検出前に観察条件を満足するように制御した照明光学系の状態データを保存する復元データ保存手段と、
   焦点検出動作実行後に与えられた復元要求に応じて前記復元用データ保存手段から状態データを読出して照明光学系を焦点検出動作開始前の状態に復元する照明系復元手段と、
   前記復元用データ保存手段及び前記照明系復元手段による照明光学系の状態の保存／復元を実行するか否かを選択する選択手段とを備えたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の顕微鏡装置。

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