JP3745034B2 - 顕微鏡システム - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動焦点検出機能を備えた顕微鏡システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、微細な試料を拡大観察したり、観察像を写真やビデオ画像として記録することの出来る顕微鏡装置が、生物分野の研究をはじめ工業分野の検査工程等で幅広く利用されている。
【０００３】
従来の顕微鏡装置では、写真撮影を行う場合、特に焦点深度の深い低倍対物レンズで写真撮影を行うためには、写真撮影の際のピント合わせ操作にかなりの熟練を要していた。また、高倍対物レンズで拡大観察する場合、標本やステージの傾き等により、標本を光軸と水平方向に移動しただけでもピントがズレてしまうことがあり、この場合には標本を移動する度に再度ピント合わせ操作を行わなければならなかった。
【０００４】
そこで、顕微鏡写真撮影の際のピント合わせに関する操作性や写真撮影性能の向上を図るために種々の技術が開発されてきた。本出願人は、特公平５−８７８０４号（特願昭５８−４７６４７号）において、顕微鏡写真撮影性能や写真撮影の操作性を改善するための技術を開示している。具体的には、標本をスライドガラス標本に限定して、予めピント位置付近にオートフォーカス開始の基準位置を設け、自動焦点検出（ＡＦ制御）動作を開始すると基準位置まで標本移動ステージを光軸と垂直方向へ無条件で移動させ、その基準位置からピント合わせ動作を行う、というものである。このような技術手段を自動合焦機能に組み込むことにより、ピント合わせの高速化を達成している。
【０００５】
また、対物レンズの変更や照明光状態の変更により観察法を切換えることのできる顕微鏡装置がある。顕微鏡の観察法にはさまざまなものがあるが、周知のものでは明視野観察、暗視野観察、微分干渉観察、偏光観察、位相差観察、蛍光観察などがある。標本の種類により、照明光の照射方向（透過／落射照明）を切換えることにより標本の種類、特性に応じた観察法で観察を行っている。
【０００６】
ところで、対物レンズの変換やコンデンサの変更により観察法が切換えられた場合、その都度条件に合わせて照明光の明るさや絞りの状態を最適な状態にしなければ顕微鏡の性能を充分に生かすことができない。ところが、このような操作は顕微鏡操作にかなりの熟練を有していなければ円滑に行ない得なかった。
【０００７】
そこで、対物レンズの状態、光路設定状態に連動して撮影像の明るさを一定に保つように制御する顕微鏡システムが開発された。本出願人は、特願平７−０１５８１２号等において、対物レンズの状態等に応じて撮影像の明るさを制御することのできる顕微鏡システムを開示している。具体的には、各観察法での絞り、明るさ、照明状態の調整値等の観察条件を記憶しておき、観察法が切り換わる毎に最適な観察条件を読出して自動的に再現するものである。このような技術手段を顕微鏡システムに採用することで、観察法切換えの操作性の向上を図り、顕微鏡操作を最適化するようにしている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来の顕微鏡装置は、顕微鏡写真の撮影性能、撮影の際の操作性は改善されたものの、単一標本（スライドガラス標本）を使用することを前提として自動合焦機能のシステム構成が採られているため、観察対象の標本がスライドガラス標本から他の標本へ変わった場合、例えば金属標本のような反射標本やスライドガラスよりも厚みのある標本に変わった場合には適応できずに不具合が生じる可能性がある。
【０００９】
例えば、観察対象の標本がスライドガラス標本から当該スライドガラス標本よりも厚い他の標本へ変わっている場合、予めスライドガラス標本に対して衝突が生じないようにピント位置付近に設定した基準位置よりも他の標本の表面のほうが突出していると、ＡＦ制御を行うときに、基準位置に達する前に対物レンズと標本が衝突する結果となってしまう。
【００１０】
また、従来の顕微鏡システムは、観察法が切換わる毎に最適な観察条件を再現できるようにすることで観察法の切換えに伴う調整作業の操作性を改善しているが、ＡＦ制御動作として単一モードの制御しか実施していないことから、上記同様の問題が生じる可能性がある。
【００１１】
本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたもので、標本の種類に対応して自動合焦機能を選択的に切換えることができ、標本に合わせて最適なＡＦ制御が可能で、標本及び対物レンズの衝突を確実に回避し得る顕微鏡システムを提供することを目的とする。
【００１２】
【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。
対物レンズと標本との間の光軸方向の距離を変化させて自動的に合焦位置を検出する自動焦点検出機能を備えたものにおいて、複数の AF 制御モードが格納された記憶手段と、外部から与えられる選択条件に基づいて前記記憶手段に記憶された AF 制御モードを切換える切換え手段と、選択された前記 AF 制御モードに応じて合焦位置を検出するための処理を実行する合焦位置検出動作実行手段とを具備する。
【００１３】
本発明によれば、記憶手段に合焦位置検出のための処理内容が複数種類用意され、合焦制御実行手段で使用する合焦位置検出のための処理内容が制御内容切換手段により外部から与えられる選択条件に基づいて切換えられる。したがって、標本が変わった場合に、制御内容切換手段に変更後の標本に適した処理内容を選択条件として与えてやることにより変更後の標本に適した処理内容の自動焦点検出が実行されるものとなる。
【００１４】
制御内容切換手段に対して選択条件を入力するための入力装置を接続して、観察者が変更後の標本の種別を指示するだけで当該変更後の標本に適した自動焦点検出のモードが選択されるようにする。
【００１５】
スライドガラス標本に対するＡＦ制御の処理内容としてＡＦ制御開始時に対物レンズ又はステージを無条件で基準位置へ移動させる処理を含んだ処理内容を設定し、反射標本に対するＡＦ制御の処理内容としてＡＦ制御開始時にコントラストの有無を判断してコントラストが無い時にはマニュアル操作可能な状態にしてコントラスト値をモニタし、コントラスト値が有りの状態となった段階で所定の合焦制御へ移行する。
【００１６】
指示された観察法に合わせて観察条件を自動的に再設定する観察法自動切換え機能と、対物レンズと標本との間の光軸方向の距離を変化させて自動的に合焦位置を検出する自動焦点検出機能とを備えた顕微鏡システムにおいて、合焦位置検出のための複数種の処理内容が格納された記憶手段と、前記記憶手段から取り出した合焦位置検出のための処理内容に基づいて合焦位置を検出するための処理を実行する合焦制御実行手段と、観察法に応じて前記合焦制御実行手段で使用する合焦位置検出のための処理内容を切換える制御内容切換手段とを具備する。
【００１７】
本発明によれば、使用する観察法によって観察対象の標本の種類が特定されるので、観察法に応じて合焦位置検出のための処理内容を切換えることにより標本に対して最適なＡＦ制御を自動的に選択できるようになる。
【００１８】
合焦位置検出のための処理内容に対応した複数の制御モードと観察法の種類との対応を管理するモード管理テーブルを備え、制御内容切換手段が前記モード管理テーブルを参照して観察法に対応した処理内容を認識できるようにした。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
（第１の実施の形態）
第１の実施の形態の顕微鏡装置は、種類の異なる複数の標本について個々の標本毎にＡＦ制御内容の異なる各ＡＦ制御用プログラムを記憶しておき、観察者から観察対象となる標本の種別データを入力できるようにして、種別データに基づいて実行すべきＡＦ制御用プログラム（サブルーチンを含む）を選択するようにしている。
【００２０】
図１は、第１の実施の形態に係わる顕微鏡装置の全体構成を示している。
スライドガラスに作成した染色標本等の透過性のある標本を観察するための光を照射するための透過用光源１を備えている。透過用光源１から発した照明光でステージ２に載置された標本３を透過照明光学系を介して透過照明する。照明された標本３の標本像は対物レンズ４で拡大されてから所定位置で結像し、当該標本像を接眼レンズ５から拡大観察できるようになっている。
【００２１】
また、金属組織標本など反射光を利用して観察する為の光源となる落射用光源６を備えている。落射用光源６を使用して標本３を照明する場合、光路中に落射キューブ７を挿入する。落射用光源６から発した光を、図１に示すように光路上に配置した落射キューブ７にて対物レンズ側へ反射し、対物レンズ４を通して落射照明する。
【００２２】
対物レンズ４から出射される標本像の光束を、接眼レンズ５と自動焦点用光学系に分割するための鏡筒８が光路上に配置されている。同図に示す例では、反射光は接眼レンズ側へ入射し、透過光は自動焦点用光学系へ入射する。
【００２３】
自動焦点用光学系には、ＡＦ制御に使用される像の入力部となるＣＣＤセンサ９が設置されている。ＣＣＤセンサ９上には結像レンズ１０にて標本像を結像させている。ＣＣＤセンサ９面上には光路差分割プリズム１１により光路差を持たせた２つの像を結像位置を変えて結像させる。
【００２４】
ＣＣＤセンサ９の蓄積時間のコントロールやＣＣＤセンサ９に印加するシフトパルスはタイミングジェネレータ１２が発生させる。ＣＣＤセンサ９から読み出されたアナログデータをアナログ処理部１３で処理してからＡ／Ｄ変換部１４でデジタルデータに変換する。Ａ／Ｄ変換部１４から出力されるデジタルデータは制御回路１５へ与えられる。
【００２５】
制御回路１５の内部構成は、周知のＣＰＵ回路であり、観察作業をサポートするためのアプリケーションプログラムを格納したＲＯＭ、演算用データを格納するためのＲＡＭ等を含んでおり、装置全体のコントロールを行う。ＲＯＭの中には、２種類のＡＦ制御用の上記プログラムが格納されており、後述する入力装置１９からの標本種別データに基づいてその制御モードを切り換えることが可能になっている。
【００２６】
駆動回路１６からの信号によりモータ１７を駆動してステージ２を光軸と垂直方向に上下動させるようにしている。モータ１７によりステージ２が移動した場合にステージ位置を検出するための位置検出回路１８を備えている。制御回路１５は位置検出回路１８からステージ位置検出信号を取り込んで駆動回路１６へ指示を与える。
【００２７】
また、自動焦点動作開始信号等の指示を与えるための入力装置１９が制御回路１５に接続されている。図４は入力装置１９のスイッチ構造を示している。入力装置１９はＡＦ動作のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う為のＡＦスイッチ２０と、ＡＦ制御モードの選択を行う為のＭＯＤＥスイッチ２１，２２で構成されている。スイッチ２０〜２２は周知の接点スイッチ回路で構成されており、その状態が制御回路１５で読み取れる様になっている。
【００２８】
以上のように構成された顕微鏡装置は以下のように動作する。
この顕微鏡装置はＡＦ制御に光路差ＡＦ方式を採用しているものとする。光路差ＡＦ方式は、基本的にはＣＣＤセンサ９上に基準結像面を挟んで光軸方向に前後する２ケ所の結像位置を配置し、それぞれの受光像に基づいて、駆動回路１６を介してモータ１７を駆動しステージ２を上下動させてピント合わせを行うものである。この基準結像面に対して前後２ケ所に結像位置を配置させる役割を果たすのが光路差分割プリズム１１である。
【００２９】
基準結像面より前の結像位置に配置された受光素子に結像した像（以下前ピン像と呼ぶ）のコントラスト信号と、基準結像面より後の結像位置に配置された受光素子に結像した像（以下後ピン像と呼ぶ）のコントラスト信号は、図２の様な特性を示す。尚、同図における縦軸はコントラスト値、横軸はデフォーカス量を示している。
【００３０】
図２に示すように、前ピン像のコントラストは合焦点からステージ２の光軸と垂直方向の＋側へ少し離れた位置で最大となる。また、後ピン像のコントラストは合焦点から前ピン像と反対側のステージ２の光軸と垂直方向の−側へ少し離れた位置で最大となる。このときＣＣＤセンサ９上の前後２ケ所の結像位置は、合焦点から等距離ずれた位置の像となる。よって、前ピン像、後ピン像のコントラストの最大値をとる場所は合焦点から等距離になる。
【００３１】
図２における後ピン像のコントラスト値（Ａ）から前ピン像のコントラスト値（Ｂ）を差し引いた値（以下、Ｓカーブとよぶ）を図３に示す。同図における縦軸は差分コントラスト値、横軸はデフォーカス量である。
【００３２】
図３に示すように、合焦点は（Ａ−Ｂ）の値が０となる点と一致する。この点をクロスポイントと呼ぶ。また、標本３が合焦点へ近づいている場合、（Ａ−Ｂ）は正の値となり、一方、標本が合焦点から離れている場合は（Ａ−Ｂ）は負の値となる。
【００３３】
制御回路１５は、前ピン／後ピン像のコントラスト値の差分をとり、その正負の極性でステージ３を移動させる方向を決定し、駆動回路１６を介してモータ１７によりステージ３を制御する。この動作を前ピン／後ピン像のコントラスト値の差分が０となるまで繰り返すことにより対物レンズ４の焦点位置を標本３に一致させるものである。
【００３４】
この実施の形態は上記ＡＦ制御を実行する前段で前記２つのＡＦ制御モードの切換え処理を実行している。図６にＡＦ制御モードの切換え処理を含んだＡＦ制御動作のフローチャートを示している。ＡＦ制御モードとして、２つのモードを含んでおり、一つはスライドガラス標本を対象としたものであり、もう一つは金属組織標本等の反射標本を対象としたものである。ここでは、ＭＯＤＥスイッチ２１はスライドガラス標本に対応したＡＦ制御モードのスイッチ、ＭＯＤＥスイッチ２２は金属組織標本に対応したＡＦ制御モードのスイッチが割当られているものとする。
【００３５】
スライドガラス標本を使用する場合
操作者が、ステージ２上にスライドガラスの標本３をセットし、透過照明光による観察を行うべく透過用光源１を点灯し、落射キューブ７を光路外へ移動する操作を行う。そして、観察標本がスライドガラス標本であるので、入力装置１９のＭＯＤＥスイッチ２１を押し、ピント合わせを行うためにＡＦスイッチ２０を押す。
【００３６】
制御回路１５は、ＭＯＤＥスイッチ２１が選択されたことを入力装置１９の接点状態から認識すると、保持しているモードデータをスライドガラス標本に対応したＡＦ制御モードを示すモード１にデータ更新する。また、ＭＯＤＥスイッチ２２が選択された場合には金属組織標本に対応したＡＦ制御モードを示すモード２にデータ更新する。
【００３７】
ＡＦスイッチ２０が押されると、そのとき保持しているモードデータを確認する。今、ＡＦ制御モードとしてモード１が保持されているので、モード１に対応したＡＦ制御用プログラムを実行する。モード１に対応したＡＦ制御用プログラムは、ステージ２をピント面付近の基準位置まで無条件で移動させる処理を含んでいる。そのため、駆動回路１６に指示を与えてモータ１７を駆動し、位置検出回路１８の信号をモニターしながらステージ２を駆動することにより、ピント面付近の基準位置を検出する。スライドガラスの一般的な厚みは、０．９〜１．４ｍｍ程であるので、スライドガラスの厚みを考慮に入れて理論上の合焦位置より、０．５ｍｍ下の付近に基準位置を設定しておくことが好ましい。
【００３８】
制御回路１５は、ステージ２が基準位置に達したことを検出すると、実際にＣＣＤセンサ９の信号を確認しながらのピント合わせ動作に移る。制御回路１５からタイミングジェネレータ１２に駆動信号を与えてＣＣＤセンサ９を駆動する。ＣＣＤセンサ９で得られた像のデータは、アナログ処理部１３に入力され、ここでＡ／Ｄ変換部１４の入力仕様に適合した信号レベルに増幅される。増幅された信号は、Ａ／Ｄ変換部１４に送られ制御回路１５で扱えるデジタルデータに変換される。Ａ／Ｄ変換部１４で変換された像データ（デジタルデータ）により、制御回路１５は、駆動回路１６、モータ１７で前述した光路差ＡＦ方式を用いて、ピント合わせ動作を実行する。そして、ピントが検出されると（Ｓカーブが０となると）、その時点でＡＦ動作を終了する。
【００３９】
金属組織標本を使用する場合
次に、操作者が、観察している標本３を例えば金属組織標本などの透過性のない厚い標本に交換したものとする。
操作者は、透過性のない標本を観察するのに適した観察条件を設定する。そのため、現在点灯している透過用光源１を消灯し、落射用光源６を点灯させ、反射光により観察を行うため落射キューブ７を光路中に挿入する。これにより、落射用光源６からの光は、落射キューブ７により対物レンズ４側に反射され、対物レンズ４を通して標本３に照射される。標本３に照射された光は、標本３により反射され再び対物レンズ４、落射キューブ７を介して鏡筒８、接眼レンズ５を通り観察可能になる。
【００４０】
次にＡＦ制御モードの切換えを行う。標本３が金属組織標本なので、ＭＯＤＥスイッチ２２を選択する。入力装置１９でＭＯＤＥスイッチ２２が押されると、制御回路１５では保持しているモードデータをモード２に更新する。そして、ＡＦスイッチ２０が押されると、制御回路１５は現在保持しているモードをモード２と認識し、モード２に対応したＡＦ制御用プログラムを実行する。モード２に対応したＡＦ制御用プログラムは、モード１のようなステージ２を無条件で基準位置まで移動させる処理は含んでいない。モード１とは標本が異なるため、モード１の様な動作ではＡＦ制御できないからである。モード１では、理論上のピント位置から０．５ｍｍ下の基準位置まで強制的にステージ２を移動していたが、モード２では標本の厚さが規定できないため基準位置の設定が不可能である。仮にモード１と同じ位置に設定した場合を考えると、スライドガラスの最大厚み１．４ｍｍより厚い標本がステージ２に載置されると、ステージ２が基準位置に達する前に対物レンズ４と標本３が衝突してしまう恐れがあるためである。
【００４１】
この実施の形態では、モード２に対応したＡＦ制御用プログラムに、光路差ＡＦ方式によるＡＦ制御を実行する前に、受光像の結像状態を確認してコントラストを求める処理が入っている。
【００４２】
制御回路１５は、モード２でＡＦスイッチ２０が押された場合は、直ちにタイミングジェネレータ１２を駆動し、現在のＣＣＤセンサ９上の受光像の結像状態を確認する。そして、Ａ／Ｄ変換部１４からのデータによりコントラスト値の演算を行い、コントラストの無い状態ならばＡＦ動作を待機状態にする。この時、制御回路１５は、ＣＣＤセンサ９の駆動は続行させておく。
【００４３】
制御回路１５は、図５に示す様にコントラストカーブに対してしきい値（同図ｃ点）を設定して、コントラストがそのしきい値以上か又はしきい値未満かによりコントラストの状態（コントラストの有無）を判断する。コントラスト値がしきい値以上であればコントラスト有りと認識し、しきい値未満ならコントラスト無しと認識する。
【００４４】
ＡＦ待機状態の場合、制御回路１５は駆動回路１６への信号出力を中止することにより、モータ１７をフリー状態にする。モータ１７がフリー状態になると、ステージ２は図示しない焦準ハンドルによる手動操作が可能になる。操作者は、接眼レンズ５を覗きながら焦準ハンドルを回し、ステージ２を移動させる。この時も、ＣＣＤセンサ９では絶えず受像し、制御回路１５はコントラスト演算をつづけてコントラストの状態を判断する。
【００４５】
制御回路１５は、コントラスト値が大きくなってしきい値を越えた状態までステージ２が移動されたことを検出すると、ＡＦ待機状態を解除し、駆動回路１６を介してモータ１７を駆動し、ＡＦ動作を開始する。
【００４６】
後のＡＦ制御動作は「スライドガラス標本の場合」と同様であり、光路差ＡＦ方式を使用して前ピン像のコントラスト値と後ピン像のコントラスト値との差分が０になるようにステージ２を駆動して合焦点の検出を行い、検出後にＡＦ動作を終了する。
【００４７】
一方、ＡＦスイッチ２０が押された状態でコントラストがしきい値を越えていた場合は、待機状態とはならずに、そのままＡＦ動作に移る。
このように、第１の実施の形態によれば、複数種の標本にそれぞれ最適なＡＦ制御用プログラムを記憶し、ＡＦ制御に使用するＡＦ制御用プログラムをモード１，２として観察者から切換え可能にしておき、観察者から指示されたモードに対応したＡＦ制御用プログラムを使用してＡＦ制御を行うので、観察している標本に最適なＡＦ制御が可能となった。また、金属組織標本を使用した場合には、標本及び対物レンズを保護するようなＡＦ制御を行い、標本と対物レンズの衝突の可能性が著しく減少する。
【００４８】
上記した第１の実施の形態では、２つのＡＦ制御モードを選択できるように構成したが、観察対象にする標本の種類が増えるのに応じてそれぞれの標本に適したＡＦ制御モードを適宜増加することも可能である。
【００４９】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る顕微鏡システムは、観察法の切換えが発生した場合に観察条件を自動的に再調整する機能を備えたシステムであり、観察者にモードの入力を求めることなく観察法に応じて自動的にＡＦ制御内容を切換えるようにしたものである。
【００５０】
図７は、第２の実施の形態に係る顕微鏡システムの全体構成を示している。
この顕微鏡システムにおける光学系では、例えばハロゲンランプからなる透過照明用光源１０１からの光をコレクタレンズ１０２で集光して透過用フィルターユニット１０３へ入射する。
【００５１】
透過用フィルターユニット１０３は、透過照明用光源１０１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。
【００５２】
上記透過用フィルターユニット１０３を透過した照明光を、透過視野絞り１０４，透過開口絞り１０５，コンデンサ光学素子ユニット１０６，コンデンサトップレンズユニット１０７を介して試料ステージ１０８の下方からステージ上の観察試料Ｓを照明するように透過照明光学系が構成されている。
【００５３】
コンデンサ光学素子ユニット１０６は、光路中に選択的に挿入される暗視野観察用、微分干渉観察用、位相差観察用の複数の光学素子１０６ａ〜１０６ｃからなる。
【００５４】
コンデンサトップレンズユニット１０７は、光路中に選択的に挿入される複数のトップレンズ１０７ａ，１０７ｂからなる。トップレンズ１０７ａは低倍観察時に使用され、トップレンズ１０７ｂは高倍観察時に使用される。
【００５５】
試料ステージ１０８は、観察試料Ｓを光軸と直交する平面内で２次元移動可能になっていると共に、ピント合わせのため光軸方向へ移動可能になっている。試料ステージ上方には複数の対物レンズ１０９ａ〜１０９ｃがレボルバー１０９に保持されている。
【００５６】
キューブユニット１１１は、各種観察法により選択的に挿入される落射明視野用、落射暗視野用、落射蛍光用の複数のキューブ１１１ａ〜１１１ｃからなる。キューブユニット１１１を透過した光は観察用プリズム１１３を介して接眼レンズ１１４へ導いている。
【００５７】
一方、水銀ランプ等からなる落射照明用光源１１５からの光を、落射用フィルターユニット１１６，落射シャッター１１７，落射視野絞り１１８，落射開口絞り１１９を介して、キューブユニット１１１の光路中に挿入されているキューブに入射し、観察試料Ｓ側へ反射させて落射照明するのが落射照明光学系である。
【００５８】
落射用フィルターユニット１１６は、落射照明用光源１１５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。落射シャッター１１７は、光路中に挿脱可能で落射用光源１１５を遮光するためのシャッターである。
【００５９】
本顕微鏡システムの電気制御系は以下のように構成されている。
システム全体の動作を管理しているメインコントロール部１３０に対して、落射絞りコントロール部１３１、落射フィルターコントロール部１３２、コンデンサコントロール部１３３、透過視野絞りコントロール部１３４、透過フィルターコントロール部１３５、フレームコントロール部１３６、ＡＦコントロール部１４０を、専用シリアルバス１３７を介してそれぞれ接続している。
【００６０】
落射絞りコントロール部１３１は落射視野絞り１１８と落射開口絞り１１９を駆動及び制御するコントロール部であり、落射フィルターコントロール部１３２は落射用フィルターユニット１１６を駆動及び制御するコントロール部である。
【００６１】
コンデンサコントロール部１３３は、コンデンサ光学素子ユニット１０６，コンデンサトップレンズユニット１０７，透過用開口絞り１０５の駆動及び制御を行う部分である。また、透過視野絞りコントロール部１３４は透過用視野絞り１０４の駆動及び制御を行うコントロール部であり、透過フィルターコントロール部１３５は透過用フィルターユニット１０３の駆動及び制御を行うコントロール部である。フレームコントロール部１３６は、透過照明用光源１０１，落射照明用光源１１５，レボルバー１０９，キューブユニット１１１，落射シャッター１１７を駆動制御するコントロール部である。
【００６２】
ＡＦ制御コントロール部１４０は、ＣＣＤセンサ９から入力する信号からコントラスト値を演算して焦点検出を行い、ステージ１０８を光軸方向へ上下動させてピント合わせを行うコントロール部である。
【００６３】
上記各コントロール部１３１〜１３６、１４０は、図８に示す回路構成を夫々備えている。ＣＰＵ回路１４１と、このＣＰＵ回路１４１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１４２と、制御対象である駆動部の位置を検出してＣＰＵ回路１４１へ知らせる位置検出回路１４３と、ＣＰＵ回路１４１と専用シリアルバス１３７とを接続する専用シリアル通信Ｉ／Ｆ回路１４４と、その他の図示しない周辺回路とをコントロール部内に内蔵している。
【００６４】
上記ＣＰＵ回路１４１は、ＣＰＵ１４５がＲＯＭ１４６，ＲＡＭ１４７にＣＰＵバス１４８を介して接続され、ＲＯＭ１４６に各々の制御内容を記述したプログラムが記憶され、ＲＡＭ１４７に制御演算用のデータが格納されている。そして各コントロール部１３１〜１３６及び１４０に専用シリアルバス１３７を介してメインコントロール部１３０から制御指示が送り込まれ、ＣＰＵ１４５がＲＯＭ１４６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。
【００６５】
図９は、メインコントロール部１３０の構成を示す図である。
メインコントロール部１３０は、各コントロール部１３１〜１３６，１４０と同様に構成されたＣＰＵ回路１４１−Ｍに加えて、顕微鏡の各種設定状態を記憶し電源遮断後もその記憶内容を記憶している不揮発性メモリ１５０と、各種操作ＳＷを設けたＳＷ入力部１５１と、各種情報を表示するための表示部１５２と、専用シリアルバス１３７をコントロールする為の専用シリアルバス駆動回路１５３とにより構成されている。
【００６６】
次に、以上のように構成された本実施の形態の動作内容について説明する。
図１０は実施形態全体における動作の流れを示している。すなわち、電源が投入されると操作画面を表示して、「初期設定処理」「対物レンズ切換処理」「観察法切換処理」のいずれかの処理を受け付ける。図１１に「観察法切換処理」に関するフローチャートを示している。また、図１２は観察法の切換処理が実行された後にＡＦ制御の指示が与えられた場合に実行されるＡＦ制御処理のフローチャートを示している。
（初期設定処理）
顕微鏡操作の前段階として、観察法の変更に伴う観察条件の自動調整の為に必要となる各種パラメータの設定操作を行う。実際には、図１３に示す制御パラメータテーブルを作成して不揮発性メモリ１５０へ保存する。
【００６７】
具体的には、図示しない電源ＳＷが押されるとメインコントロール部１３０のＣＰＵ１４５−ＭがＲＯＭ１４６−Ｍから操作画面表示データを読出して表示部１５２に操作画面を表示する。
【００６８】
図２０は操作画面の構成例を示している。操作画面は、初期設定画面を呼び出すためのＩＮＩＴＩＡＬスイッチ３００、観察法の切換えを行うスイッチ表示領域３１０、照明系の切換えを行うスイッチ表示領域３２０、対物レンズの指定を行うスイッチ表示領域３３０から構成されている。領域３１０は、明視野観察法指定スイッチ３１１、暗視野観察法指定スイッチ３１２、微分干渉観察指定スイッチ３１３、位相差観察法指定スイッチ３１４、蛍光観察法指定スイッチ３１５が備えられている。領域３２０は、落射照明を選択する落射照明選択スイッチ３２１、透過照明を選択する透過照明選択スイッチ３２２が備えられている。
【００６９】
操作画面において、ＩＮＩＴＩＡＬスイッチ３００が押された場合に初期設定処理が実行されるように設定する。初期設定処理では、図１３に示す制御用パラメータテーブルのレボルバ位置Ｎｏを指定して該当項目に対物レンズに関する情報を設定していく。なお、観察法に応じた絞り情報等は予め設定しておくことができる。
【００７０】
また、図１４に示す観察法に対応したＡＦ制御モードテーブルを記憶させる。同図には、第１の実施の形態と同様にスライドガラス標本のＡＦ制御に適したＡＦ制御モードであるモード１と、金属標本のＡＦ制御に適したＡＦ制御モードであるモード２とが設定されている例が示されている。観察法により使用する標本の種類が限定されるので、観察法毎にモード１又はモード２のうち適しているほうのモードを設定している。
【００７１】
なお、モード１およびモード２の各々に対応して各ＡＦ制御用プログラムが選択的に実行可能に搭載されているものとする。
次に、実際に顕微鏡装置を操作する時の作用について説明する。
【００７２】
今、操作者が操作画面（図２０）に対して観察法指定スイッチの一つである明視野指定スイッチ３１１（ＢＦ）を選択すると、ＣＰＵ１４５−ＭがＳＷ入力部１５１と表示部１５２の表示内容より、透過明視野観察が指定されたものと判断し、透過明視野観察法への切換え動作を開始する。すなわち、図１１に示すフローチャートに基づいて以下の（１）〜（５）の手順からなる観察法切換処理を実行する。
（１） 対物レンズの適合性チェック
メインコントロール部１３０において、図１３の制御パラメータテーブルを参照して現在選択されている対物レンズ（観察光学系の光路上に挿入されている対物レンズのこと）が指定観察法での観察に適しているかどうかをチェックする。対物レンズが指定観察法に不適合であれば、対物レンズの変更を実行する。
【００７３】
対物レンズの変更が必要な場合は、制御パラメータテーブルを参照することにより指定観察法に対して適している複数の対物レンズのなかから倍率の小さい対物レンズを選択する。
【００７４】
変更対物レンズが決定したらＣＰＵ１４５−Ｍが専用シリアルバス駆動回路１５３を駆動し、専用シリアルバス１３７を介してフレームコントロール部１３６にレボルバー１０９の回転指示を与える。この回転指示を受けたフレームコントロール部１３６が駆動回路１４２を駆動してレボルバー１０９の指定取付け穴位置を光軸位置に挿入する。
（２） 照明経路の変更
指定観察法が指定されると、当該指定観察法にあった照明、観察が行えるように照明経路を確保する処理を実行する。
【００７５】
先ず、透過観察法か落射観察法かによりランプ電圧の供給先を切り換えて光源を適正化する。透過観察法の場合は透過照明用光源１０１、落射観察法の場合は落射照明用光源１１５を点燈させるべくＣＰＵ１４５−Ｍは、フレームコントロール部１３６に照明用光源制御指示を専用シリアルバス１３７を使用して通知する。その結果、照明用光源の印加電圧は、図１３の制御パラメータテーブルに登録されているランプ電圧（Ｌｖｏｌ）に制御される。
【００７６】
キューブの適正化が行われる。ＣＰＵ１４５−Ｍは、不揮発メモリ１５０に予め記憶してあるキューブ種別テーブルからキューブの設定条件を取得する。
図１５はキューブ種別テーブルの構成を示している。キューブ種別テーブルは、キューブユニット１１１におけるキューブ位置と、各位置に取り付けられているキューブの種別とを対応させたテーブルである。
【００７７】
キューブ種別テーブルから指定観察法に適合したキューブデータを取得して、取得したキューブデータに基づいて該当するキューブが観察光軸上に挿入するようフレームコントロール部１３６に制御指示を送る。
【００７８】
フレームコントロール部１３６は、制御指示が送られてくると指定キューブを光軸位置へ挿入すべく駆動回路１４２でキューブユニット１１１を駆動する。
最後に、コンデンサ１３９の制御を行う。コンデンサ１３９の制御は、コンデンサトップレンズユニット１０７と光学素子ユニット１０６の２つのユニットを制御することにより行われる。図１３の制御パラメータテーブルを参照して、現在挿入されている対物レンズの倍率に応じてコンデンサトップレンズの倍率を選択する。
【００７９】
挿入すべきトップレンズが決定したら、コンデンサコントロール部１３３に制御指示を送出して、トップレンズ１０７ａあるいは１０７ｂのどちらかを光軸上に挿入させる。
【００８０】
次に、光学素子種別テーブルから取得した設定条件に基づいて光学素子ユニット１０６の光学素子を適正化する指令をコンデンサコントロール部１３３へ出すことにより光学素子ユニット１０６の光学素子を調整する。
【００８１】
図１６は光学素子種別テーブルの構成例を示している。このテーブルは、光学素子ユニット１０６における光学素子位置と、各位置に取り付けられている光学素子の種別とを対応させたテーブルである。
【００８２】
光学素子種別テーブルから指定観察法に適合した光学素子及び位置データを取得し、光学素子の位置が決定したらコンデンサトップレンズユニット１０７と同様、コンデンサコントロール部１３３に制御指示を出す。
（３） 明るさの調整
透過用フィルタユニット１０３に装着されている複数のＮＤフィルターの組み合わせを変えることにより透過照明側の照明光の明るさを調整し、落射用フィルタユニット１１６に装着されている複数のＮＤフィルターの組み合わせを変えることにより落射照明側の照明光の明るさを調整する。
【００８３】
図１８は、透過用フィルターユニット１０３に装着されている各種フィルターの種類とフィルター取付け位置との対応を示すテーブルを示している。Ｎｏ１〜Ｎｏ４のＮＤフィルターは、色温度を変えずに明るさのコントロールを行う為のものである。この４枚の組み合わせで光の透過量を調整し、光量の制御を行うことができる。これらフィルターは透過フィルターコントロール部１３５により、照明光路中に任意に挿入可能となっている。
【００８４】
図１９は、Ｎｏ１〜Ｎｏ４のＮＤフィルターの組み合わせと光量比との関係を表したテーブルである。なお、光量比はＮＤフィルター未挿入の状態を基準値として、基準値からの減光率を示している。このような光量比−ＮＤフィルタ組合せテーブルを不揮発性メモリ１５０に記憶しておく。
【００８５】
観察時の像面の照度Ｌは透過観察法の場合、（１）式、落射観察法の場合（２）式で表すことができる。
Ｌ＝｛Ｋｋ（ＬＡ×ＮＤ×ＡＳ）×ＯＢ｝×Ｋｍ …………………（１）
Ｌ＝｛Ｋｋ（ＬＡ×ＮＤ×ＡＳ）｝×Ｋｍ …………………………（２）
“ＬＡ”は基準対物レンズを使用し、ＡＳ径１００％の時の像面照度（基準照度）である。このＬＡは使用する照明光学系により各々異なる。“ＮＤ”は透過用フィルターユニット１０３、或いは落射用フィルターユニット１１６のＮＤフィルターの組合わせ濃度比率である。
【００８６】
実際のＮＤフィルター組み合わせを求めるために、図１３の制御パラメータテーブルより対物レンズ明るさ係数ｌｏｇａＯＢ、観察法別の明るさ係数ｌｏｇａＫｋ、明るさマニュアル補正値ｌｏｇａＫｍを取得して、これらのデータからｌｏｇａＮＤを計算する。ＲＯＭ１４６−Ｍに予め格納してあるＮＤ係数−光量比対応テーブルからｌｏｇａＮＤに対応した光量比を決める。そして、図１９に示す光量比−ＮＤフィルタ組合せテーブルから前記光量比となるようなＮＤフィルタの組合せを求める。その求めた組み合わせとなるように透過フィルターユニット１０３の透過フィルタコントロール部１３５に指令を出す。
【００８７】
専用シリアルバス１３７で、メインコントロール部１３０からの制御指示を受けた透過フィルターユニット１０３は、駆動回路１４２でその指示された組み合わせとなるようにＮＤフィルターの組み合わせを変更する。
（４） 視野絞りの調整
視野絞り径を算出する。透過視野絞り径の算出式を（３）式に、落射視野絞り径の算出式を（４）式に示す。
【００８８】
透過視野絞り径＝｛ＯＣｆｒ／（ＯＢｍａｇ×ＦＳｍａｇ）｝×Ｋｆｓ…（３）
落射視野絞り径＝（ＯＣｆｒ／ＦＳｍａｇ）×Ｋｆｓ …（４）
“ＯＣｆｒ”は接眼レンズ１１４の視野数であり、本実施例では、２６．５を使用する。“ＯＢｍａｇ”は対物レンズの倍率であり、図１３の制御パラメータテーブルから現在選択されている対物レンズの倍率を参照する。“ＦＳｍａｇ”は、ＦＳ像の投影倍率であり、これは、現在使用されているコンデンサトップレンズにより異なる。ＦＳ像の投影倍率（ＦＳｍａｇ）のデータは、メインコントロール部１３０のＲＯＭ１４６に実行プログラムと共に予め格納してあり、図１７に示すようにトップレンズの種別テーブルとなっている。
【００８９】
透過視野絞り１０４がこのようにして求められたＦＳ径になるように透過視野絞りコントロール部１３４に指令（ＦＳ径データを）送る。専用シリアルバス１３７を介してデータを受けた透過視野絞りコントロール部１３４は、駆動回路１４２を駆動してＦＳ径を更新する。
【００９０】
また、落射視野絞り１１８を制御する場合は、ＦＳ径演算モジュールが（４）式を使用して落射照明系に設置した視野絞り１１８の最適なＦＳ径を求めてＦＳ径を落射絞りコントロール部１３１に指示する。視野数ＯＣｆｒ及び視野絞り投影倍率（ＦＳｍａｇ）は固定値として扱うことができるので、予めＲＯＭ１４６−Ｍに格納したプログラム内に設定しておく。
（５） 開口絞りの調整
最後に、標本のコントラストを調整するための開口絞りを制御する。開口絞りの算出は、（５）式、（６）式で決定される。
【００９１】
透過開口絞り＝２×ＯＢｎａ×ＣＤｆ×Ｋａｓ …………………（５）
落射開口絞り＝２×ＯＢｎａ×ＯＢｆｂ×ＡＳｍａｇ×Ｋａｓ …（６）
“ＯＢｎａ”は対物レンズの開口数であり、対物レンズ毎に個有値を持つ。“ＣＤｆ”は使用しているコンデンサトップレンズの焦点距離であり、これも使用トップレンズ毎に個有値を持つ。“Ｋａｓ”は補正係数である。この値を変えることにより，各観察法、対物レンズ毎に固有の絞り値を設定する事が出来る。
【００９２】
このようにして求められたＡＳ径に透過開口絞り１０５を制御するためコンデンサコントロール部１３３にデータを送る。専用シリアルバス１３７を介してデータを受けたコンデンサコントロール部１３３は、駆動回路１４２を駆動してＡＳ径を更新する。また、落射開口絞り１１５の絞り径を制御する場合は（６）式を使用して開口絞り径を求める。求めた絞り径を落射絞りコントロール部１３１へ送信する。
【００９３】
以上の（１）〜（５）の処理により、指定された観察法に適した観察状態となるように顕微鏡システムの光学系の各部が自動的に調整されることになる。この様にして変更した観察法の準備が整ったところで、観察すべき標本Ｓをステージ１０８に載置する。実際の観察を行う場合は、対物レンズのピントを標本Ｓに合わせるためにＡＦ制御の指令を顕微鏡システムに対して入力することになる。
【００９４】
図１２のフローチャートに基づいてＡＦ制御が実行される。すなわち、図２０に示す操作画面においてＡＦスイッチ３４０が押されると、メインコントロール部１３０はまず、現在の観察法に対応したＡＦモードを選択し、ＡＦコントロール部１４０にそのモードを通知する。メインコントロール部１３０のＲＯＭ１４６−Ｍに予め格納されている図１４のＡＦモードテーブルに各観察法で決まる最適なＡＦ制御内容のＡＦモードが設定されているので、そのテーブルを参照することでＡＦ制御モードを決定する。
【００９５】
具体的には、図１４のＡＦモードテーブルにしたがえば透過観察の明視野、暗視野、微分干渉、位相差、及び落射の蛍光観察がスライドガラス標本対応のモード１で、落射の明視野、暗視野がモード２となっている。即ち、透過観察の明視野、暗視野、微分干渉位相差、及び落射の蛍光観察状態でＡＦスイッチ３４０が押されると、ＡＦコントロール１４０部は、第１の実施の形態で説明した「スライドガラス標本の場合」と同じシーケンスでＡＦ制御動作を行い、逆に落射の明視野、暗視野でＡＦスイッチ３４０が押されれば、「金属組織標本の場合」と同じ動作で自動焦点検出を実行することになる。
【００９６】
このような、第２の実施の形態によれば、観察法の変更があった場合に、変更後の観察法にて観察対象となる標本の種類に適したＡＦ制御内容に自動的に切り換えられるので、観察法の切り換えに応じて標本を変更した場合には最適なＡＦ制御内容に切換えることができ、またモード切換え作業の省力化と、切換えミスなどの誤操作を防止できる。
【００９７】
また、第２の実施の形態ではＡＦ制御モードとしてモード１、モード２の２つを用意しているが、切換えるモード数は２種類に限定されるものでは無く、種々選択可能である。
【００９８】
また、焦点検出方法として、瞳分割法など光路差以外のものにも適用することができる。また、アクティブ方式とパッシブ方式等焦点検出方法自体を切り換えられるようにしてもよい。さらに、ステージ駆動方式として、対物レンズ上下方式等他の部位を駆動するようにしてもよい。観察法として、透過／落射の同時観察も制御方法切換え対象とすることができる。
本発明は上記実施の形態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、使用される標本により、自動焦点検出に係る制御内容を切り換えて制御することができ、標本に合わせた最適な自動焦点検出動作が選択できる。これにより、顕微鏡、標本破損の危険が無くなり、操作性が良い顕微鏡を達成できる。
【０１００】
また、本発明によれば、使用される観察法に応じて自動焦点検出に係る制御内容を切り換えることで、自動焦点検出動作の選択作業を省力化でき、更に操作性の優れた顕微鏡が達成できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係る顕微鏡装置の全体構成図である。
【図２】後ピン像と前ピン像のコントラストと特性を示す図である。
【図３】後ピン像と前ピン像のコントラストに基づいたＳカーブを示す図である。
【図４】第１の実施の形態に係る顕微鏡装置に備えた入力装置のスイッチ構造を示す図である。
【図５】後ピン像と前ピン像のコントラスト特性に対してコントラスト有無を判断するためのしきい値を設定した状態を示す図である。
【図６】第１の実施の形態におけるＡＦ制御のフローチャートである。
【図７】第２の実施の形態に係る顕微鏡システムの全体構成図である。
【図８】第２の実施の形態に係る顕微鏡システムに備えたコントロール部の構成図である。
【図９】第２の実施の形態に係る顕微鏡システムに備えたメインコントロール部の構成図である。
【図１０】第２の実施の形態に係る顕微鏡システムの全体的な動作を示すフローチャートである。
【図１１】第２の実施の形態における観察法切換処理のフローチャートである。
【図１２】第２の実施の形態におけるＡＦ制御のフローチャートである。
【図１３】制御パラメータテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１４】ＡＦ制御モードテーブルのデータ構造を示す図である。
【図１５】キューブ位置テーブルのデータ構造を示す図である。
【図１６】光学素子種別テーブルのデータ構造を示す図である。
【図１７】トップレンズ種別テーブルのデータ構造を示す図である。
【図１８】フィルター種類−取付け位置の対応テーブルを示す図である。
【図１９】フィルター組み合わせと光量比の対応テーブルを示す図である。
【図２０】操作画面の構成図である。
【符号の説明】
１…透過用光源
２…ステージ
３…標本
４…対物レンズ
５…接眼レンズ
６…落射用光源
７…落射キューブ
８…鏡筒
９…ＣＣＤセンサ
１０…結像レンズ
１１…光路差分割プリズム
１２…タイミングジェネレータ
１３…アナログ処理部
１５…制御回路
１９…入力装置
２０…ＡＦスイッチ
２１…ＭＯＤＥスイッチ

Claims (5)

1. 対物レンズと標本との間の光軸方向の距離を変化させて自動的に合焦位置を検出する自動焦点検出機能を備えた顕微鏡システムにおいて、
   複数の AF 制御モードが格納された記憶手段と、
   外部から与えられる選択条件に基づいて前記記憶手段に記憶された AF 制御モードを切換える切換え手段と、
   選択された前記 AF 制御モードに応じて合焦位置を検出するための処理を実行する合焦位置検出動作実行手段と、
   を具備したことを特徴とする顕微鏡システム。
2. 検体を載置するステージと当該検体の像を対物レンズと標本との間の光軸方向の距離を変化させて自動的に合焦位置を検出する自動焦点検出機能を備えた顕微鏡システムにおいて、
   対物レンズと前記ステージ上の標本との間の光軸方向の距離が所定の基準間隔である合焦位置検出動作開始状態に自動的に移行した後に合焦位置検出動作を開始する第一の AF 制御モードと、
   対物レンズと前記ステージ上の標本との間の光軸方向の距離を手動で変動させ、前記対物レンズを介して撮像される観察像のコントラストが所定の閾値を超えた場合に、前記合焦位置検出動作を開始する第二の AF 制御モードと、
   を格納する記憶手段と、
   外部から与えられる選択条件に基づいて前記記憶手段に記憶された第一及び第二の AF 制御モードを切換える切換え手段と、
   選択された前記 AF 制御モードに応じて合焦位置を検出するための処理を実行する合焦位置検出動作実行手段と、
   を具備したことを特徴とする顕微鏡システム。
3. 前記選択条件は、観察対象の標本種別であることを特徴とする請求項１から２記載の顕微鏡システム。
4. 前記選択条件は、観察法（検鏡法）であることを特徴とする請求項１から２記載の顕微鏡システム。
5. 外部から与えられる選択条件に基づいて観察条件を自動的に切り替える観察条件切り替え手段を備える請求項１から４記載の顕微鏡システム。

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