JP4362605B2 - 顕微鏡装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、顕微鏡を使用した試料観察は、顕微鏡ステージ上に載置された試料に対して対物レンズを接近させ、試料上の観察要部を拡大して行なわれる。この場合、試料に近接される対物レンズは、倍率が高くなるほど焦点深度が小さくなるため、対物レンズと観察試料との位置合わせが難しくなると共に、対物レンズと試料との間の距離の微小の変化にも観察像が大きく劣化してしまう。
【０００３】
一方、対物レンズと観察試料との見かけ上の位置は、非常に近くに位置しているが、これらの機械的結合長さは、顕微鏡フレーム、対物レンズ移動機構、レボルバーなどの多数の機械部品が介在するため非常に大きい。これらの機械部品は、温度変化によりその寸法が変化しやすいことから、機械部品の数が多くなるほど寸法変化量が大きくなり、また、機械部品が多くなって、機械結合長さが大きくなるほど振動に対しても弱く、振動振幅が大きくなってしまう。
【０００４】
このため、試料観察時に、観察試料に対して対物レンズの焦点合わせを行なっても、例えば、空調設備の作動により周囲温度が変化して各機械部品の寸法が変化した場合に、対物レンズと試料間の距離が大きく変化するため焦点が容易にずれてしまう。また、多少の外部振動が加わった場合にも、大きな振動振幅により、対物レンズと試料間の距離が変化して焦点が光軸方向や水平方向に容易にずれてしまう。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１２００３０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−８３３９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような理由から、顕微鏡観察時に観察試料に焦点を合わせても、照明のＯＮ／ＯＦＦや内部電源、空調機器の作動により周囲温度が変化すると、機械部品の寸法が変化し、対物レンズと試料間距離もまた変化するため、ピントがずれてしまう。
【０００８】
熱ドリフトによる焦点ずれを補償するために、例えば特開平９−１２００３０号公報に示されているように、ラックとステージとの間に、熱膨張の異なる少なくとも２つのロッドを介装し、第１ロッドの熱膨張の方向は、第２ロッドの熱膨張と反対方向に作用するよう構成することで焦点ずれを防ぐものもある。しかし、この方法では、ロッドが顕微鏡内部にあるため温度補償されるまで時間がかかることや、顕微鏡自体に大きな改造が必要となること、観察試料周辺のみを加温する必要がある場合温度ドリフトを補償できない問題がある。
【０００９】
また、対物レンズと試料台の相対距離を一定に保つことで焦点ずれを補償する方法が特開２００１−８３３９１号公報において提案されている。この装置は試料台と対物レンズ根本との相対距離を計測することで相対距離変化を検出する方法を用いている。この方法は外力により試料台が変形するなどして焦点ずれが生じた場合には有効であるが、周囲温度が変化した場合には対物レンズ自体も熱ドリフトを起こしてしまうため、この際の焦点ずれを補償することはできない。また、変位センサーは試料台や対物レンズから離れた位置に固定されているため、固定部分が熱ドリフトを起こすと対物レンズと試料台の正確な相対距離変化が検出できない問題がある。
【００１０】
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、周囲温度の変化や振動等の影響による合焦ずれの発生が抑えられた顕微鏡装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、周囲温度の変化や振動等の影響による合焦ずれが生じ難い顕微鏡装置に向けられており、以下の各項に列記する顕微鏡装置を含んでいる。
【００１２】
１． 本発明の別の顕微鏡装置は、対物レンズと、前記対物レンズを保持する、周囲温度等の変化により傾斜する対物レンズ保持部と、観察試料が載置される試料台と、前記対物レンズに設けたターゲットと試料台に設けたセンサーとの間の相対距離を検出する変位検出系と、前記試料台または前記対物レンズの一方を光軸方向に移動させる移動機構と、前記変位検出系で検出される情報に基づいて移動機構を制御して前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を調節する制御部とを有しており、前記センサーは少なくとも、前記対物レンズ保持部が傾斜していない状態での前記対物レンズの光軸を通るとともに前記対物レンズ保持部の傾斜方向に対して直交する直線上に配置されている。
【００１３】
本明細書において「距離を検出する」とは、距離の変化を検出することを意味している。これは、距離の実際の変化の大きさを数値で得ることに限らず、より広義に、距離の実際の変化を反映した何らかの情報を得ることを言う。勿論、距離を実際に計測することも当然含んでいる。
【００１４】
２． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項の顕微鏡装置において、前記センサーは非接触式センサーであり、前記ターゲットはセンサーターゲットである。
【００１５】
３． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項又は第２項の内のいずれか一つにおいて、前記センサーは試料台の光学的な開口を取り囲んでおり、前記ターゲットは前記対物レンズを取り囲んでいる。
【００１６】
４． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項又は第２項の内のいずれか一つにおいて、前記センサーは複数であり、前記対物レンズ保持部が傾斜していない状態での前記対物レンズの光軸に直交する平面上であって、前記対物レンズの前記光軸に対して対称な位置に配置されている。
【００１９】
５． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第４項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記ターゲットは導電性物質から成り、前記センサーは静電容量センサーである
【００２０】
６． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第４項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記対物レンズを含む観察光学系を有しており、前記制御部は、前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を前記観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る。
【００２１】
７． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第４項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記制御部は、前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を一定に維持する。
【００２２】
８． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第７項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記制御部は、所定の観察位置と、その観察位置における前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を記憶する記憶部を含んでおり、所定の時間間隔をおいて、所定の観察位置における前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を、前記記憶部に記憶されている前記相対距離に調節する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
第一実施形態
本実施形態は、倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図１は、本発明の第一実施形態の顕微鏡装置を示している。
【００２５】
図１に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、対物レンズ５と、観察試料２が載置される試料台３と、対物レンズ５の先端部に取り付けられたセンサーターゲット４と、試料台３に取り付けられた非接触式センサー１とを有している。
【００２６】
試料台３は光学的な開口を有している。対物レンズ５は、試料台３を基準にして、試料台３に載置される観察試料２の反対側に位置しており、試料台３の光学的な開口を介して観察試料２からの光を収集し得る。
【００２７】
非接触式センサー１は、センサーターゲット４までの距離を検出する。非接触式センサー１は、これに限定されないが、例えば、静電容量センサーであり、これに対応して、センサーターゲット４は導電性物質から成る。センサーターゲット４と非接触式センサー１は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を検出する変位検出系を構成している。
【００２８】
ここで、「相対距離を検出する」とは、相対距離の変化を検出することを意味している。これは、相対距離の実際の変化の大きさを数値で得ることに限らず、より広義に、相対距離の実際の変化を反映した何らかの情報を得ることを言う。勿論、相対距離を実際に計測することも当然含んでいる。
【００２９】
顕微鏡装置は更に、対物レンズ５を保持するレボルバー６と、対物レンズ５をレボルバー６ごと光軸に沿って移動させるモーター１０と、モーター１０を制御して対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を調節する制御部であるコントローラー１３とを有している。
【００３０】
コントローラー１３は、好ましくは、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を、対物レンズ５を含む観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る。
【００３１】
モーター１０は、レボルバー６の支持機構と共に、試料台３に対して対物レンズ５を光軸に沿って相対的に移動させる移動機構を構成している。
【００３２】
顕微鏡装置は更に、非接触式センサー１から出力される検出信号を増幅するセンサーアンプ１１と、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つ制御のＯＮ・ＯＦＦを指示する制御スイッチ１２とを有している。コントローラー１３は、制御スイッチ１２からの制御のＯＮの指示に対して、センサーアンプ１１を介して入力される非接触式センサー１で検出される情報に基づいて、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つようにモーター１０を制御する。
【００３３】
顕微鏡装置は更に、照準のための準焦ハンドル７と、対物レンズ５を退避させる退避スイッチ８と、対物レンズ５を元の位置へ復帰させる復帰スイッチ９とを有している。準焦ハンドル７は、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力し、コントローラー１３は、その信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。また、コントローラー１３は、退避スイッチ８のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台３から遠ざけ、反対に、復帰スイッチ９のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台３に近づけて退避前の位置に復帰させる。
【００３４】
コントローラー１３は更に、適当なインターフェースを介して操作者から入力される指令信号１４に従って対物レンズ５を光軸に沿って移動させるように、モーター１０を制御する。
【００３５】
図２は、図１に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示している。図２に示されるように、対物レンズ５の先端部には、対物レンズ５の形状に合ったターゲット支持部材１５が嵌合により取り付けられている。ターゲット支持部材１５は、略円筒形状をしており、その外周面にねじを有している。センサーターゲット４は、輪帯形状をしており、その内周面に、ターゲット支持部材１５のねじに合うねじを有している。センサーターゲット４はターゲット支持部材１５に螺合されている。
【００３６】
センサーターゲット４は、ターゲット支持部材１５の周りに回転されることにより、光軸に沿って、つまり上下に、移動され得る。非接触式センサー１は、分解能が高くなるほど、測定レンジは狭くなる。このため、好ましくは、焦点が合っている状態において、センサーターゲット４が非接触式センサー１の測定レンジの中心付近に位置するように、その上下位置が調整されるとよい。
【００３７】
図１において、準焦ハンドル７は回転されると、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される信号に従ってモーター１０を制御し、対物レンズ５を光軸に沿って、つまり上下に移動させる。
【００３８】
非接触式センサー１とセンサーターゲット４とから成る変位検出系は、常時、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を検出する。非接触式センサー１から出力される検出信号は、センサーアンプ１１で増幅され、コントローラー１３に取り込まれる。
【００３９】
制御スイッチ１２がＯＮの間、コントローラー１３は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つ制御を行なう。
【００４０】
このような制御下において、例えば、図３に示されるように、対物レンズ５を保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張してΔＺ１だけ伸長すると、そのぶん、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離は減少する。その変化は非接触式センサー１で検出され、その検出信号はセンサーアンプ１１を介してコントローラー１３に取り込まれる。
【００４１】
コントローラー１３は、入力される検出信号に基づいて、変化前の相対距離ΔＺ２に戻すために、対物レンズ５を移動させる方向と大きさを計算し、計算結果に従ってモーター１０を制御する。これにより、対物レンズ５は試料台３から遠ざけられ、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離が変化前の相対距離ΔＺ２に戻される。
【００４２】
この制御は、制御スイッチ１２がＯＮの間、常に続けられる。その結果、制御スイッチ１２がＯＮの間は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離は、常に一定の値に維持される。
【００４３】
制御スイッチ１２のＯＮまたはＯＦＦにかかわらず、コントローラー１３は、指令信号１４が入力されたり、準焦ハンドル７からの信号が入力されたりすると、入力される信号に従ってモーター１０を制御して対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。制御スイッチ１２がＯＮであれば、コントローラー１３は、指令信号１４や準焦ハンドル７からの信号に従って対物レンズ５を一旦移動させ、その後は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を移動直後の距離に保つようにモーター１０を制御する。
【００４４】
レボルバー６に複数の対物レンズ５が取り付けられている場合、観察途中に対物レンズ５を切り替える必要が生じることがある。観察試料２の観察を行なっている状態では、対物レンズ５やセンサーターゲット４が試料台３や非接触式センサー１の近くに位置しており、そのままレボルバー６を回転させると、それらの部材が接触して観察試料２に悪影響を及ぼすことが予想される。
【００４５】
このため、対物レンズ５を切り替える際は、退避スイッチ８が押され対物レンズ５が退避される。また、対物レンズ５の切り替え後は、復帰スイッチ９が押され対物レンズ５が元の位置に戻される。
【００４６】
退避スイッチ８が押されると、退避スイッチ８は退避信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される退避信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を下降させる。これにより、対物レンズ５は、試料台３から十分に離れた位置にまで移動され、レボルバー６の回転による対物レンズ５の切り替えが可能となる。対物レンズ５を退避させる際に、コントローラー１３は、退避前の対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を記憶する。
【００４７】
復帰スイッチ９が押されると、復帰スイッチ９は復帰信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される復帰信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を上昇させ、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を退避時に記憶した距離に戻す。
【００４８】
復帰後の対物レンズ５の位置が適切でない場合には、準焦ハンドル７が回転されて対物レンズ５の位置が調整される。
【００４９】
これまでの説明から分かるように、本実施形態の顕微鏡装置においては、必要ならば、周囲温度の変化や振動等に影響されることなく、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定の値に維持することが可能となる。このため、たとえ長時間にわたる観察においても、合焦ずれの発生を効果的に抑えることが可能となる。
【００５０】
第二実施形態
本実施形態は、正立型の顕微鏡装置に向けられている。図４は、本発明の第二実施形態の顕微鏡装置を示している。図４において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材を示している。
【００５１】
図４に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、対物レンズ５と、対物レンズ５の先端部に取り付けられた非接触式センサー１と、観察試料２が載置される試料台１６と、試料台１６が載置されるステージ１７とを有している。
【００５２】
対物レンズ５は、試料台１６を基準にして、試料台１６に載置される観察試料２と同じ側に位置している。
【００５３】
非接触式センサー１は、試料台１６までの距離を検出する。非接触式センサー１は、これに限定されないが、例えば、静電容量センサーである。これに対応して、試料台１６は少なくとも観察試料２が載置される上面近くに導電性部分を有している。このような試料台１６は、その上面に導電性物質の膜を有しているものであっても、それ自体が導電性物質から成るものであってもよい。
【００５４】
試料台１６の上面近くに導電性部分は、非接触式センサー１に対するセンサーターゲットとなっている。非接触式センサー１とセンサーターゲットは、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を検出する変位検出系を構成している。
【００５５】
顕微鏡装置は更に、対物レンズ５を保持するレボルバー６と、試料台１６をステージ１７ごと光軸に沿って移動させるモーター１０と、モーター１０を制御して対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を調節する制御部であるコントローラー１３とを有している。
【００５６】
コントローラー１３は、好ましくは、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を、対物レンズ５を含む観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る。
【００５７】
モーター１０は、ステージ１７の支持機構と共に、試料台１６に対して対物レンズ５を光軸に沿って相対的に移動させる移動機構を構成している。
【００５８】
顕微鏡装置は更に、非接触式センサー１から出力される検出信号を増幅するセンサーアンプ１１と、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定に保つ制御のＯＮ・ＯＦＦを指示する制御スイッチ１２とを有している。コントローラー１３は、制御スイッチ１２からの制御のＯＮの指示に対して、センサーアンプ１１を介して入力される非接触式センサー１で検出される情報に基づいて、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定に保つようにモーター１０を制御する。
【００５９】
顕微鏡装置は更に、照準のための準焦ハンドル７と、対物レンズ５を退避させる退避スイッチ８と、対物レンズ５を元の位置へ復帰させる復帰スイッチ９とを有している。準焦ハンドル７は、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力し、コントローラー１３は、その信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。また、コントローラー１３は、退避スイッチ８のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台１６から遠ざけ、反対に、復帰スイッチ９のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台１６に近づけて退避前の位置に復帰させる。
【００６０】
コントローラー１３は更に、適当なインターフェースを介して操作者から入力される指令信号１４に従って対物レンズ５を光軸に沿って移動させるように、モーター１０を制御する。
【００６１】
図４において、準焦ハンドル７は回転されると、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される信号に従ってモーター１０を制御し、ステージ１７を光軸に沿って、つまり上下に移動させる。
【００６２】
非接触式センサー１とセンサーターゲット（試料台１６の導電性部分）とから成る変位検出系は、常時、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を検出する。非接触式センサー１から出力される検出信号は、センサーアンプ１１で増幅され、コントローラー１３に取り込まれる。
【００６３】
制御スイッチ１２がＯＮの間、コントローラー１３は、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定に保つ制御を行なう。
【００６４】
このような制御下において、例えば、対物レンズ５を保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長すると、そのぶん、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離は減少する。その変化は非接触式センサー１で検出され、その検出信号はセンサーアンプ１１を介してコントローラー１３に取り込まれる。
【００６５】
コントローラー１３は、入力される検出信号に基づいて、変化前の相対距離に戻すために、ステージ１７を移動させる方向と大きさを計算し、計算結果に従ってモーター１０を制御する。これにより、試料台１６は対物レンズ５から遠ざけられ、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離が変化前の相対距離に戻される。
【００６６】
この制御は、制御スイッチ１２がＯＮの間、常に続けられる。その結果、制御スイッチ１２がＯＮの間は、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離は、常に一定の値に維持される。
【００６７】
制御スイッチ１２のＯＮまたはＯＦＦにかかわらず、コントローラー１３は、指令信号１４が入力されたり、準焦ハンドル７からの信号が入力されたりすると、入力される信号に従ってモーター１０を制御してステージ１７を光軸に沿って移動させる。制御スイッチ１２がＯＮであれば、コントローラー１３は、指令信号１４や準焦ハンドル７からの信号に従ってステージ１７を一旦移動させ、その後は、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を移動直後の距離に保つようにモーター１０を制御する。
【００６８】
レボルバー６に複数の対物レンズ５が取り付けられている場合、観察途中に対物レンズ５を切り替える必要が生じることがある。観察試料２の観察を行なっている状態では、対物レンズ５や非接触式センサー１が観察試料２や試料台１６の近くに位置しており、そのままレボルバー６を回転させると、それらが接触して観察試料２に悪影響を及ぼすことが予想される。
【００６９】
このため、対物レンズ５を切り替える際は、退避スイッチ８が押され対物レンズ５からステージ１７が遠ざけられる。また、対物レンズ５の切り替え後は、復帰スイッチ９が押されステージ１７が元の位置に戻される。
【００７０】
退避スイッチ８が押されると、退避スイッチ８は退避信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される退避信号に従ってモーター１０を制御して、ステージ１７を下降させる。これにより、観察試料２が対物レンズ５から十分に遠ざけられ、レボルバー６の回転による対物レンズ５の切り替えが可能となる。ステージ１７を退避させる際に、コントローラー１３は、退避前の対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を記憶する。
【００７１】
復帰スイッチ９が押されると、復帰スイッチ９は復帰信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される復帰信号に従ってモーター１０を制御して、ステージ１７を上昇させ、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を退避時に記憶した距離に戻す。
【００７２】
復帰後のステージ１７の位置が適切でない場合には、準焦ハンドル７が回転されてステージ１７の位置が調整される。
【００７３】
これまでの説明から分かるように、本実施形態の顕微鏡装置においては、必要ならば、周囲温度の変化や振動等に影響されることなく、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定の値に維持することが可能となる。このため、たとえ長時間にわたる観察においても、合焦ずれの発生を効果的に抑えることが可能となる。
【００７４】
第三実施形態
本実施形態は、別の倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図５は、本発明の第三実施形態の顕微鏡装置を示している。図５において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００７５】
本実施形態の顕微鏡装置は、図５を図１と比較して分かるように、第一実施形態の顕微鏡装置の構成に加えて、試料台３を光軸に直交する平面に沿って移動可能に支持するＸＹステージ１８と、ＸＹステージ１８を制御するＸＹステージコントローラー１９と、観察位置の記憶を指示する記憶スイッチ２０と、記憶している観察位置を選択して移動を指示する記憶位置選択スイッチ２１とを有している。
【００７６】
ＸＹステージ１８は、これに載置された試料台３を、光軸に直交する平面に含まれる互いに直交する二本の軸（いわゆるＸ軸とＹ軸）に沿って移動させ得る。
【００７７】
本実施形態の顕微鏡装置は、第一実施形態の顕微鏡装置と全く同様に動作し得る。つまり、コントローラー１３は、制御スイッチ１２がＯＮの間、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つようにモーター１０を制御する。また、コントローラー１３は、指令信号１４が入力されたり準焦ハンドル７からの信号が入力されたりした場合には、制御スイッチ１２のＯＮまたはＯＦＦにかかわらず、入力される信号に従ってモーター１０を制御して対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。更に、コントローラー１３は、退避スイッチ８が押された場合には、対物レンズ５を下降させ、復帰スイッチ９が押された場合には、対物レンズ５を元の位置まで上昇させる。
【００７８】
これらに加えて、本実施形態の顕微鏡装置においては、コントローラー１３は、記憶スイッチ２０が押されたときに、ＸＹステージコントローラー１９からＸＹステージ１８に供給されているＸＹ位置信号と、センサーアンプ１１からの検出信号とを記憶する記憶部を含んでいる。これにより、観察試料２内の観察位置と、その観察位置における対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離とを記憶する。また、コントローラー１３は、記憶位置選択スイッチ２１が押された場合に、記憶位置選択スイッチ２１からの信号に従って、ＸＹステージコントローラー１９を制御してＸＹステージ１８を移動させると共にモーター１０を制御して対物レンズ５を移動させる。これにより、観察試料２内の観察位置を光軸上に配置させると共に、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を調節する。
【００７９】
本実施形態の顕微鏡装置は、例えば長時間にわたり適当な時間間隔を置いて観察像を繰り返し撮影するタイムラプス観察にとても便利である。長時間観察では同じ位置を数十時間の長時間にわたって観察するため、この間に周囲温度が変化したりして顕微鏡のメカニカルドリフトが生じることがある。しかしながら、周囲温度が変化しても、対物レンズ５の先端部と試料台３との相対距離は一定に保たれるため、観察像がぼけることなく、長時間良好な観察像を得ることができる。
【００８０】
また、タイムラプス観察において、観察位置が複数ある場合には、それぞれの観察したい位置で記憶スイッチ２０を押すことにより、ＸＹステージコントローラー１９のＸＹ位置信号とセンサーアンプ１１の検出信号とがコントローラー１３内に記憶される。タイムラプス観察が開始されると、コントローラー１３は、ＸＹステージ１８と対物レンズ５を記憶している位置へ順次移動させながら、それぞれの観察位置で観察像を撮影する。これを、設定された時間間隔で繰り返し行なう。これにより、多くの観察位置に対してタイムラプス観察すると共に、それぞれの観察位置において像ぼけの無い良好な観察像を得ることが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態の顕微鏡装置においては、非接触式センサー１は、非傾斜時の対物レンズ５の中心を通り、対物レンズ５の予想される傾斜方向に対して直交する軸線上に配置されている。
【００８２】
図６は、対物レンズ５を保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長すると共に傾斜した様子を示している。図６に示されるように、対物レンズ５がＸ軸に沿って傾斜した場合、試料台３の下面とセンサーターゲット４との間の距離は、Ｘ軸に左側ではＤ１となるのに対して、Ｘ軸に右側ではＤ２（＞Ｄ１）となり、Ｘ軸上の位置によって異なってしまう。このため、非接触式センサー１がＸ軸上に位置している場合には、センサーターゲット４までの相対距離を正確に検出することができない。
【００８３】
このような不具合を避けるため、本実施形態の顕微鏡装置では、非接触式センサー１は、非傾斜時の対物レンズ５の中心を通り、対物レンズ５の予想される傾斜方向に対して直交する軸線上すなわちＹ軸上に配置されている。図６から容易に分かるように、Ｙ軸上における試料台３の下面とセンサーターゲット４との間の距離は、対物レンズ５がＸ軸に沿って傾斜した場合にも殆ど変わらない。
【００８４】
これにより、対物レンズ５がＸ軸に沿って傾斜した場合にも、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を正しく検出することが可能となる。
【００８５】
第四実施形態
本実施形態は、別の倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図７は、本発明の第四実施形態の顕微鏡装置を示している。
【００８６】
図７に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、非接触式センサーだけが第一実施形態の顕微鏡装置と相違しており、他の構成は第一実施形態の顕微鏡装置と同じである。以下、相違部分について述べる。
【００８７】
本実施形態の顕微鏡装置においては、非接触式センサー２２は、輪帯形状をしており、試料台３の光学的な開口を取り囲んでいる。また、センサーターゲット４は、前述したように、輪帯形状をしており、対物レンズ５を取り囲んでいる。非接触式センサー２２は、これに限定されないが、例えば、静電容量センサーであり、センサーターゲット４と向き合っている。
【００８８】
図８は、図７に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。図８に示されるように、対物レンズ５が傾斜した場合、非接触式センサー２２とセンサーターゲット４との間の距離は、Ｄ１やＤ２で示されるように、位置によって異なってしまう。
【００８９】
しかし、非接触式センサー２２は、非接触式センサー２２とセンサーターゲット４との間の平均的な距離Ｄ３を反映した検出信号を出力する。
【００９０】
これにより、本実施形態の顕微鏡装置は、第一実施形態と同様の利点に加えて、対物レンズ５がどの方向に傾斜した場合にも、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を正しく検出することが可能であるという利点を有している。
【００９１】
更に、非接触式センサー２２は、輪帯形状をしており、センサー面積が比較的大きいため、比較的広い測定レンジを有する。本実施形態の顕微鏡装置は、その分、対物レンズ５の制御駆動範囲が大きいという利点も有している。
【００９２】
第五実施形態
本実施形態は、別の倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図９は、本発明の第五実施形態の顕微鏡装置における対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。
【００９３】
図９に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、非接触式センサーだけが第一実施形態の顕微鏡装置と相違しており、他の構成は第一実施形態の顕微鏡装置と同じである。以下、相違部分について述べる。
【００９４】
本実施形態の顕微鏡装置は、図９に示されるように、四つの非接触式センサー１Ａと１Ｂと１Ｃと１Ｄを有しており、それらは、試料台３の光学的な開口の周りに配置されている。例えば、四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄは、二つがＸ軸上に位置し、残りの二つがＹ軸上に位置している。また、センサーターゲット４は、前述したように、輪帯形状をしており、対物レンズ５を取り囲んでいる。四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄは共に、センサーターゲット４と向き合っている。
【００９５】
本実施形態の顕微鏡装置においては、Ｘ軸上の左側に位置する非接触式センサー１Ａは相対距離Ｄ１を反映した検出信号を出力し、Ｘ軸上の右側に位置する非接触式センサー１Ｂは相対距離Ｄ２を反映した検出信号を出力し、Ｙ軸上に位置する非接触式センサー１Ｃと１Ｄは共に相対距離Ｄ３を反映した検出信号を出力する。
【００９６】
本実施形態においては、コントローラー１３において、四つの非接触式センサー１Ａと１Ｂと１Ｃと１Ｄの検出信号の平均を計算することにより、四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄとセンサーターゲット４との間の相対距離の平均を求める。
【００９７】
これにより、本実施形態の顕微鏡装置は、第一実施形態と同様の利点に加えて、対物レンズ５がどの方向に傾斜した場合にも、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を正しく検出することが可能であるという利点を有している。
【００９８】
本実施形態では、四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄを有している例をあげたが、その個数は、これに限定されるものではなく、例えば、三つであってもよく、あるいは、五つ以上であってもよい。
【００９９】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、周囲温度の変化や振動等の影響による合焦ずれの発生が抑えられた顕微鏡装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図２】 図１に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示している。
【図３】 対物レンズを保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長した様子を示している。
【図４】 本発明の第二実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図５】 本発明の第三実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図６】 対物レンズを保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長すると共に傾斜した様子を示している。
【図７】 本発明の第四実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図８】 図７に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。
【図９】 本発明の第五実施形態の顕微鏡装置における対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。
【符号の説明】
１…非接触式センサー、１Ａ〜１Ｄ…非接触式センサー、２…観察試料、３…試料台、４…センサーターゲット、５…対物レンズ、６…レボルバー、７…準焦ハンドル、８…退避スイッチ、９…復帰スイッチ、１０…モーター、１１…センサーアンプ、１２…制御スイッチ、１３…コントローラー、１５…ターゲット支持部材、１６…試料台、１７…ステージ、１８…ＸＹステージ、１９…ＸＹステージコントローラー、２０…記憶スイッチ、２１…記憶位置選択スイッチ、２２…非接触式センサー。
【発明の属する技術分野】
本発明は、顕微鏡装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、顕微鏡を使用した試料観察は、顕微鏡ステージ上に載置された試料に対して対物レンズを接近させ、試料上の観察要部を拡大して行なわれる。この場合、試料に近接される対物レンズは、倍率が高くなるほど焦点深度が小さくなるため、対物レンズと観察試料との位置合わせが難しくなると共に、対物レンズと試料との間の距離の微小の変化にも観察像が大きく劣化してしまう。
【０００３】
一方、対物レンズと観察試料との見かけ上の位置は、非常に近くに位置しているが、これらの機械的結合長さは、顕微鏡フレーム、対物レンズ移動機構、レボルバーなどの多数の機械部品が介在するため非常に大きい。これらの機械部品は、温度変化によりその寸法が変化しやすいことから、機械部品の数が多くなるほど寸法変化量が大きくなり、また、機械部品が多くなって、機械結合長さが大きくなるほど振動に対しても弱く、振動振幅が大きくなってしまう。
【０００４】
このため、試料観察時に、観察試料に対して対物レンズの焦点合わせを行なっても、例えば、空調設備の作動により周囲温度が変化して各機械部品の寸法が変化した場合に、対物レンズと試料間の距離が大きく変化するため焦点が容易にずれてしまう。また、多少の外部振動が加わった場合にも、大きな振動振幅により、対物レンズと試料間の距離が変化して焦点が光軸方向や水平方向に容易にずれてしまう。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１２００３０号公報
【０００６】
【特許文献２】
特開２００１−８３３９１号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
以上のような理由から、顕微鏡観察時に観察試料に焦点を合わせても、照明のＯＮ／ＯＦＦや内部電源、空調機器の作動により周囲温度が変化すると、機械部品の寸法が変化し、対物レンズと試料間距離もまた変化するため、ピントがずれてしまう。
【０００８】
熱ドリフトによる焦点ずれを補償するために、例えば特開平９−１２００３０号公報に示されているように、ラックとステージとの間に、熱膨張の異なる少なくとも２つのロッドを介装し、第１ロッドの熱膨張の方向は、第２ロッドの熱膨張と反対方向に作用するよう構成することで焦点ずれを防ぐものもある。しかし、この方法では、ロッドが顕微鏡内部にあるため温度補償されるまで時間がかかることや、顕微鏡自体に大きな改造が必要となること、観察試料周辺のみを加温する必要がある場合温度ドリフトを補償できない問題がある。
【０００９】
また、対物レンズと試料台の相対距離を一定に保つことで焦点ずれを補償する方法が特開２００１−８３３９１号公報において提案されている。この装置は試料台と対物レンズ根本との相対距離を計測することで相対距離変化を検出する方法を用いている。この方法は外力により試料台が変形するなどして焦点ずれが生じた場合には有効であるが、周囲温度が変化した場合には対物レンズ自体も熱ドリフトを起こしてしまうため、この際の焦点ずれを補償することはできない。また、変位センサーは試料台や対物レンズから離れた位置に固定されているため、固定部分が熱ドリフトを起こすと対物レンズと試料台の正確な相対距離変化が検出できない問題がある。
【００１０】
本発明は、この様な実状を考慮して成されたものであり、その目的は、周囲温度の変化や振動等の影響による合焦ずれの発生が抑えられた顕微鏡装置を提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ひとつには、周囲温度の変化や振動等の影響による合焦ずれが生じ難い顕微鏡装置に向けられており、以下の各項に列記する顕微鏡装置を含んでいる。
【００１２】
１． 本発明の別の顕微鏡装置は、対物レンズと、前記対物レンズを保持する、周囲温度等の変化により傾斜する対物レンズ保持部と、観察試料が載置される試料台と、前記対物レンズに設けたターゲットと試料台に設けたセンサーとの間の相対距離を検出する変位検出系と、前記試料台または前記対物レンズの一方を光軸方向に移動させる移動機構と、前記変位検出系で検出される情報に基づいて移動機構を制御して前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を調節する制御部とを有しており、前記センサーは少なくとも、前記対物レンズ保持部が傾斜していない状態での前記対物レンズの光軸を通るとともに前記対物レンズ保持部の傾斜方向に対して直交する直線上に配置されている。
【００１３】
本明細書において「距離を検出する」とは、距離の変化を検出することを意味している。これは、距離の実際の変化の大きさを数値で得ることに限らず、より広義に、距離の実際の変化を反映した何らかの情報を得ることを言う。勿論、距離を実際に計測することも当然含んでいる。
【００１４】
２． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項の顕微鏡装置において、前記センサーは非接触式センサーであり、前記ターゲットはセンサーターゲットである。
【００１５】
３． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項又は第２項の内のいずれか一つにおいて、前記センサーは試料台の光学的な開口を取り囲んでおり、前記ターゲットは前記対物レンズを取り囲んでいる。
【００１６】
４． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項又は第２項の内のいずれか一つにおいて、前記センサーは複数であり、前記対物レンズ保持部が傾斜していない状態での前記対物レンズの光軸に直交する平面上であって、前記対物レンズの前記光軸に対して対称な位置に配置されている。
【００１９】
５． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第４項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記ターゲットは導電性物質から成り、前記センサーは静電容量センサーである
【００２０】
６． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第４項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記対物レンズを含む観察光学系を有しており、前記制御部は、前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を前記観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る。
【００２１】
７． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第４項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記制御部は、前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を一定に維持する。
【００２２】
８． 本発明の別の顕微鏡装置は、第１項ないし第７項の内いずれか一つの顕微鏡装置において、前記制御部は、所定の観察位置と、その観察位置における前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を記憶する記憶部を含んでおり、所定の時間間隔をおいて、所定の観察位置における前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を、前記記憶部に記憶されている前記相対距離に調節する。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態について説明する。
【００２４】
第一実施形態
本実施形態は、倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図１は、本発明の第一実施形態の顕微鏡装置を示している。
【００２５】
図１に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、対物レンズ５と、観察試料２が載置される試料台３と、対物レンズ５の先端部に取り付けられたセンサーターゲット４と、試料台３に取り付けられた非接触式センサー１とを有している。
【００２６】
試料台３は光学的な開口を有している。対物レンズ５は、試料台３を基準にして、試料台３に載置される観察試料２の反対側に位置しており、試料台３の光学的な開口を介して観察試料２からの光を収集し得る。
【００２７】
非接触式センサー１は、センサーターゲット４までの距離を検出する。非接触式センサー１は、これに限定されないが、例えば、静電容量センサーであり、これに対応して、センサーターゲット４は導電性物質から成る。センサーターゲット４と非接触式センサー１は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を検出する変位検出系を構成している。
【００２８】
ここで、「相対距離を検出する」とは、相対距離の変化を検出することを意味している。これは、相対距離の実際の変化の大きさを数値で得ることに限らず、より広義に、相対距離の実際の変化を反映した何らかの情報を得ることを言う。勿論、相対距離を実際に計測することも当然含んでいる。
【００２９】
顕微鏡装置は更に、対物レンズ５を保持するレボルバー６と、対物レンズ５をレボルバー６ごと光軸に沿って移動させるモーター１０と、モーター１０を制御して対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を調節する制御部であるコントローラー１３とを有している。
【００３０】
コントローラー１３は、好ましくは、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を、対物レンズ５を含む観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る。
【００３１】
モーター１０は、レボルバー６の支持機構と共に、試料台３に対して対物レンズ５を光軸に沿って相対的に移動させる移動機構を構成している。
【００３２】
顕微鏡装置は更に、非接触式センサー１から出力される検出信号を増幅するセンサーアンプ１１と、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つ制御のＯＮ・ＯＦＦを指示する制御スイッチ１２とを有している。コントローラー１３は、制御スイッチ１２からの制御のＯＮの指示に対して、センサーアンプ１１を介して入力される非接触式センサー１で検出される情報に基づいて、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つようにモーター１０を制御する。
【００３３】
顕微鏡装置は更に、照準のための準焦ハンドル７と、対物レンズ５を退避させる退避スイッチ８と、対物レンズ５を元の位置へ復帰させる復帰スイッチ９とを有している。準焦ハンドル７は、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力し、コントローラー１３は、その信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。また、コントローラー１３は、退避スイッチ８のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台３から遠ざけ、反対に、復帰スイッチ９のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台３に近づけて退避前の位置に復帰させる。
【００３４】
コントローラー１３は更に、適当なインターフェースを介して操作者から入力される指令信号１４に従って対物レンズ５を光軸に沿って移動させるように、モーター１０を制御する。
【００３５】
図２は、図１に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示している。図２に示されるように、対物レンズ５の先端部には、対物レンズ５の形状に合ったターゲット支持部材１５が嵌合により取り付けられている。ターゲット支持部材１５は、略円筒形状をしており、その外周面にねじを有している。センサーターゲット４は、輪帯形状をしており、その内周面に、ターゲット支持部材１５のねじに合うねじを有している。センサーターゲット４はターゲット支持部材１５に螺合されている。
【００３６】
センサーターゲット４は、ターゲット支持部材１５の周りに回転されることにより、光軸に沿って、つまり上下に、移動され得る。非接触式センサー１は、分解能が高くなるほど、測定レンジは狭くなる。このため、好ましくは、焦点が合っている状態において、センサーターゲット４が非接触式センサー１の測定レンジの中心付近に位置するように、その上下位置が調整されるとよい。
【００３７】
図１において、準焦ハンドル７は回転されると、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される信号に従ってモーター１０を制御し、対物レンズ５を光軸に沿って、つまり上下に移動させる。
【００３８】
非接触式センサー１とセンサーターゲット４とから成る変位検出系は、常時、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を検出する。非接触式センサー１から出力される検出信号は、センサーアンプ１１で増幅され、コントローラー１３に取り込まれる。
【００３９】
制御スイッチ１２がＯＮの間、コントローラー１３は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つ制御を行なう。
【００４０】
このような制御下において、例えば、図３に示されるように、対物レンズ５を保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張してΔＺ１だけ伸長すると、そのぶん、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離は減少する。その変化は非接触式センサー１で検出され、その検出信号はセンサーアンプ１１を介してコントローラー１３に取り込まれる。
【００４１】
コントローラー１３は、入力される検出信号に基づいて、変化前の相対距離ΔＺ２に戻すために、対物レンズ５を移動させる方向と大きさを計算し、計算結果に従ってモーター１０を制御する。これにより、対物レンズ５は試料台３から遠ざけられ、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離が変化前の相対距離ΔＺ２に戻される。
【００４２】
この制御は、制御スイッチ１２がＯＮの間、常に続けられる。その結果、制御スイッチ１２がＯＮの間は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離は、常に一定の値に維持される。
【００４３】
制御スイッチ１２のＯＮまたはＯＦＦにかかわらず、コントローラー１３は、指令信号１４が入力されたり、準焦ハンドル７からの信号が入力されたりすると、入力される信号に従ってモーター１０を制御して対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。制御スイッチ１２がＯＮであれば、コントローラー１３は、指令信号１４や準焦ハンドル７からの信号に従って対物レンズ５を一旦移動させ、その後は、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を移動直後の距離に保つようにモーター１０を制御する。
【００４４】
レボルバー６に複数の対物レンズ５が取り付けられている場合、観察途中に対物レンズ５を切り替える必要が生じることがある。観察試料２の観察を行なっている状態では、対物レンズ５やセンサーターゲット４が試料台３や非接触式センサー１の近くに位置しており、そのままレボルバー６を回転させると、それらの部材が接触して観察試料２に悪影響を及ぼすことが予想される。
【００４５】
このため、対物レンズ５を切り替える際は、退避スイッチ８が押され対物レンズ５が退避される。また、対物レンズ５の切り替え後は、復帰スイッチ９が押され対物レンズ５が元の位置に戻される。
【００４６】
退避スイッチ８が押されると、退避スイッチ８は退避信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される退避信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を下降させる。これにより、対物レンズ５は、試料台３から十分に離れた位置にまで移動され、レボルバー６の回転による対物レンズ５の切り替えが可能となる。対物レンズ５を退避させる際に、コントローラー１３は、退避前の対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を記憶する。
【００４７】
復帰スイッチ９が押されると、復帰スイッチ９は復帰信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される復帰信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を上昇させ、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を退避時に記憶した距離に戻す。
【００４８】
復帰後の対物レンズ５の位置が適切でない場合には、準焦ハンドル７が回転されて対物レンズ５の位置が調整される。
【００４９】
これまでの説明から分かるように、本実施形態の顕微鏡装置においては、必要ならば、周囲温度の変化や振動等に影響されることなく、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定の値に維持することが可能となる。このため、たとえ長時間にわたる観察においても、合焦ずれの発生を効果的に抑えることが可能となる。
【００５０】
第二実施形態
本実施形態は、正立型の顕微鏡装置に向けられている。図４は、本発明の第二実施形態の顕微鏡装置を示している。図４において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材を示している。
【００５１】
図４に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、対物レンズ５と、対物レンズ５の先端部に取り付けられた非接触式センサー１と、観察試料２が載置される試料台１６と、試料台１６が載置されるステージ１７とを有している。
【００５２】
対物レンズ５は、試料台１６を基準にして、試料台１６に載置される観察試料２と同じ側に位置している。
【００５３】
非接触式センサー１は、試料台１６までの距離を検出する。非接触式センサー１は、これに限定されないが、例えば、静電容量センサーである。これに対応して、試料台１６は少なくとも観察試料２が載置される上面近くに導電性部分を有している。このような試料台１６は、その上面に導電性物質の膜を有しているものであっても、それ自体が導電性物質から成るものであってもよい。
【００５４】
試料台１６の上面近くに導電性部分は、非接触式センサー１に対するセンサーターゲットとなっている。非接触式センサー１とセンサーターゲットは、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を検出する変位検出系を構成している。
【００５５】
顕微鏡装置は更に、対物レンズ５を保持するレボルバー６と、試料台１６をステージ１７ごと光軸に沿って移動させるモーター１０と、モーター１０を制御して対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を調節する制御部であるコントローラー１３とを有している。
【００５６】
コントローラー１３は、好ましくは、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を、対物レンズ５を含む観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る。
【００５７】
モーター１０は、ステージ１７の支持機構と共に、試料台１６に対して対物レンズ５を光軸に沿って相対的に移動させる移動機構を構成している。
【００５８】
顕微鏡装置は更に、非接触式センサー１から出力される検出信号を増幅するセンサーアンプ１１と、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定に保つ制御のＯＮ・ＯＦＦを指示する制御スイッチ１２とを有している。コントローラー１３は、制御スイッチ１２からの制御のＯＮの指示に対して、センサーアンプ１１を介して入力される非接触式センサー１で検出される情報に基づいて、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定に保つようにモーター１０を制御する。
【００５９】
顕微鏡装置は更に、照準のための準焦ハンドル７と、対物レンズ５を退避させる退避スイッチ８と、対物レンズ５を元の位置へ復帰させる復帰スイッチ９とを有している。準焦ハンドル７は、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力し、コントローラー１３は、その信号に従ってモーター１０を制御して、対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。また、コントローラー１３は、退避スイッチ８のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台１６から遠ざけ、反対に、復帰スイッチ９のオンに応じて、モーター１０を制御して、対物レンズ５を試料台１６に近づけて退避前の位置に復帰させる。
【００６０】
コントローラー１３は更に、適当なインターフェースを介して操作者から入力される指令信号１４に従って対物レンズ５を光軸に沿って移動させるように、モーター１０を制御する。
【００６１】
図４において、準焦ハンドル７は回転されると、その回転方向を反映した信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される信号に従ってモーター１０を制御し、ステージ１７を光軸に沿って、つまり上下に移動させる。
【００６２】
非接触式センサー１とセンサーターゲット（試料台１６の導電性部分）とから成る変位検出系は、常時、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を検出する。非接触式センサー１から出力される検出信号は、センサーアンプ１１で増幅され、コントローラー１３に取り込まれる。
【００６３】
制御スイッチ１２がＯＮの間、コントローラー１３は、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定に保つ制御を行なう。
【００６４】
このような制御下において、例えば、対物レンズ５を保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長すると、そのぶん、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離は減少する。その変化は非接触式センサー１で検出され、その検出信号はセンサーアンプ１１を介してコントローラー１３に取り込まれる。
【００６５】
コントローラー１３は、入力される検出信号に基づいて、変化前の相対距離に戻すために、ステージ１７を移動させる方向と大きさを計算し、計算結果に従ってモーター１０を制御する。これにより、試料台１６は対物レンズ５から遠ざけられ、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離が変化前の相対距離に戻される。
【００６６】
この制御は、制御スイッチ１２がＯＮの間、常に続けられる。その結果、制御スイッチ１２がＯＮの間は、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離は、常に一定の値に維持される。
【００６７】
制御スイッチ１２のＯＮまたはＯＦＦにかかわらず、コントローラー１３は、指令信号１４が入力されたり、準焦ハンドル７からの信号が入力されたりすると、入力される信号に従ってモーター１０を制御してステージ１７を光軸に沿って移動させる。制御スイッチ１２がＯＮであれば、コントローラー１３は、指令信号１４や準焦ハンドル７からの信号に従ってステージ１７を一旦移動させ、その後は、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を移動直後の距離に保つようにモーター１０を制御する。
【００６８】
レボルバー６に複数の対物レンズ５が取り付けられている場合、観察途中に対物レンズ５を切り替える必要が生じることがある。観察試料２の観察を行なっている状態では、対物レンズ５や非接触式センサー１が観察試料２や試料台１６の近くに位置しており、そのままレボルバー６を回転させると、それらが接触して観察試料２に悪影響を及ぼすことが予想される。
【００６９】
このため、対物レンズ５を切り替える際は、退避スイッチ８が押され対物レンズ５からステージ１７が遠ざけられる。また、対物レンズ５の切り替え後は、復帰スイッチ９が押されステージ１７が元の位置に戻される。
【００７０】
退避スイッチ８が押されると、退避スイッチ８は退避信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される退避信号に従ってモーター１０を制御して、ステージ１７を下降させる。これにより、観察試料２が対物レンズ５から十分に遠ざけられ、レボルバー６の回転による対物レンズ５の切り替えが可能となる。ステージ１７を退避させる際に、コントローラー１３は、退避前の対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を記憶する。
【００７１】
復帰スイッチ９が押されると、復帰スイッチ９は復帰信号をコントローラー１３に出力する。コントローラー１３は、入力される復帰信号に従ってモーター１０を制御して、ステージ１７を上昇させ、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を退避時に記憶した距離に戻す。
【００７２】
復帰後のステージ１７の位置が適切でない場合には、準焦ハンドル７が回転されてステージ１７の位置が調整される。
【００７３】
これまでの説明から分かるように、本実施形態の顕微鏡装置においては、必要ならば、周囲温度の変化や振動等に影響されることなく、対物レンズ５の先端部と試料台１６との間の相対距離を一定の値に維持することが可能となる。このため、たとえ長時間にわたる観察においても、合焦ずれの発生を効果的に抑えることが可能となる。
【００７４】
第三実施形態
本実施形態は、別の倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図５は、本発明の第三実施形態の顕微鏡装置を示している。図５において、図１に示された部材と同一の参照符号で指示された部材は同様の部材であり、その詳しい説明は省略する。
【００７５】
本実施形態の顕微鏡装置は、図５を図１と比較して分かるように、第一実施形態の顕微鏡装置の構成に加えて、試料台３を光軸に直交する平面に沿って移動可能に支持するＸＹステージ１８と、ＸＹステージ１８を制御するＸＹステージコントローラー１９と、観察位置の記憶を指示する記憶スイッチ２０と、記憶している観察位置を選択して移動を指示する記憶位置選択スイッチ２１とを有している。
【００７６】
ＸＹステージ１８は、これに載置された試料台３を、光軸に直交する平面に含まれる互いに直交する二本の軸（いわゆるＸ軸とＹ軸）に沿って移動させ得る。
【００７７】
本実施形態の顕微鏡装置は、第一実施形態の顕微鏡装置と全く同様に動作し得る。つまり、コントローラー１３は、制御スイッチ１２がＯＮの間、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を一定に保つようにモーター１０を制御する。また、コントローラー１３は、指令信号１４が入力されたり準焦ハンドル７からの信号が入力されたりした場合には、制御スイッチ１２のＯＮまたはＯＦＦにかかわらず、入力される信号に従ってモーター１０を制御して対物レンズ５を光軸に沿って移動させる。更に、コントローラー１３は、退避スイッチ８が押された場合には、対物レンズ５を下降させ、復帰スイッチ９が押された場合には、対物レンズ５を元の位置まで上昇させる。
【００７８】
これらに加えて、本実施形態の顕微鏡装置においては、コントローラー１３は、記憶スイッチ２０が押されたときに、ＸＹステージコントローラー１９からＸＹステージ１８に供給されているＸＹ位置信号と、センサーアンプ１１からの検出信号とを記憶する記憶部を含んでいる。これにより、観察試料２内の観察位置と、その観察位置における対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離とを記憶する。また、コントローラー１３は、記憶位置選択スイッチ２１が押された場合に、記憶位置選択スイッチ２１からの信号に従って、ＸＹステージコントローラー１９を制御してＸＹステージ１８を移動させると共にモーター１０を制御して対物レンズ５を移動させる。これにより、観察試料２内の観察位置を光軸上に配置させると共に、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を調節する。
【００７９】
本実施形態の顕微鏡装置は、例えば長時間にわたり適当な時間間隔を置いて観察像を繰り返し撮影するタイムラプス観察にとても便利である。長時間観察では同じ位置を数十時間の長時間にわたって観察するため、この間に周囲温度が変化したりして顕微鏡のメカニカルドリフトが生じることがある。しかしながら、周囲温度が変化しても、対物レンズ５の先端部と試料台３との相対距離は一定に保たれるため、観察像がぼけることなく、長時間良好な観察像を得ることができる。
【００８０】
また、タイムラプス観察において、観察位置が複数ある場合には、それぞれの観察したい位置で記憶スイッチ２０を押すことにより、ＸＹステージコントローラー１９のＸＹ位置信号とセンサーアンプ１１の検出信号とがコントローラー１３内に記憶される。タイムラプス観察が開始されると、コントローラー１３は、ＸＹステージ１８と対物レンズ５を記憶している位置へ順次移動させながら、それぞれの観察位置で観察像を撮影する。これを、設定された時間間隔で繰り返し行なう。これにより、多くの観察位置に対してタイムラプス観察すると共に、それぞれの観察位置において像ぼけの無い良好な観察像を得ることが可能となる。
【００８１】
また、本実施形態の顕微鏡装置においては、非接触式センサー１は、非傾斜時の対物レンズ５の中心を通り、対物レンズ５の予想される傾斜方向に対して直交する軸線上に配置されている。
【００８２】
図６は、対物レンズ５を保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長すると共に傾斜した様子を示している。図６に示されるように、対物レンズ５がＸ軸に沿って傾斜した場合、試料台３の下面とセンサーターゲット４との間の距離は、Ｘ軸に左側ではＤ１となるのに対して、Ｘ軸に右側ではＤ２（＞Ｄ１）となり、Ｘ軸上の位置によって異なってしまう。このため、非接触式センサー１がＸ軸上に位置している場合には、センサーターゲット４までの相対距離を正確に検出することができない。
【００８３】
このような不具合を避けるため、本実施形態の顕微鏡装置では、非接触式センサー１は、非傾斜時の対物レンズ５の中心を通り、対物レンズ５の予想される傾斜方向に対して直交する軸線上すなわちＹ軸上に配置されている。図６から容易に分かるように、Ｙ軸上における試料台３の下面とセンサーターゲット４との間の距離は、対物レンズ５がＸ軸に沿って傾斜した場合にも殆ど変わらない。
【００８４】
これにより、対物レンズ５がＸ軸に沿って傾斜した場合にも、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を正しく検出することが可能となる。
【００８５】
第四実施形態
本実施形態は、別の倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図７は、本発明の第四実施形態の顕微鏡装置を示している。
【００８６】
図７に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、非接触式センサーだけが第一実施形態の顕微鏡装置と相違しており、他の構成は第一実施形態の顕微鏡装置と同じである。以下、相違部分について述べる。
【００８７】
本実施形態の顕微鏡装置においては、非接触式センサー２２は、輪帯形状をしており、試料台３の光学的な開口を取り囲んでいる。また、センサーターゲット４は、前述したように、輪帯形状をしており、対物レンズ５を取り囲んでいる。非接触式センサー２２は、これに限定されないが、例えば、静電容量センサーであり、センサーターゲット４と向き合っている。
【００８８】
図８は、図７に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。図８に示されるように、対物レンズ５が傾斜した場合、非接触式センサー２２とセンサーターゲット４との間の距離は、Ｄ１やＤ２で示されるように、位置によって異なってしまう。
【００８９】
しかし、非接触式センサー２２は、非接触式センサー２２とセンサーターゲット４との間の平均的な距離Ｄ３を反映した検出信号を出力する。
【００９０】
これにより、本実施形態の顕微鏡装置は、第一実施形態と同様の利点に加えて、対物レンズ５がどの方向に傾斜した場合にも、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を正しく検出することが可能であるという利点を有している。
【００９１】
更に、非接触式センサー２２は、輪帯形状をしており、センサー面積が比較的大きいため、比較的広い測定レンジを有する。本実施形態の顕微鏡装置は、その分、対物レンズ５の制御駆動範囲が大きいという利点も有している。
【００９２】
第五実施形態
本実施形態は、別の倒立型の顕微鏡装置に向けられている。図９は、本発明の第五実施形態の顕微鏡装置における対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。
【００９３】
図９に示されるように、本実施形態の顕微鏡装置は、非接触式センサーだけが第一実施形態の顕微鏡装置と相違しており、他の構成は第一実施形態の顕微鏡装置と同じである。以下、相違部分について述べる。
【００９４】
本実施形態の顕微鏡装置は、図９に示されるように、四つの非接触式センサー１Ａと１Ｂと１Ｃと１Ｄを有しており、それらは、試料台３の光学的な開口の周りに配置されている。例えば、四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄは、二つがＸ軸上に位置し、残りの二つがＹ軸上に位置している。また、センサーターゲット４は、前述したように、輪帯形状をしており、対物レンズ５を取り囲んでいる。四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄは共に、センサーターゲット４と向き合っている。
【００９５】
本実施形態の顕微鏡装置においては、Ｘ軸上の左側に位置する非接触式センサー１Ａは相対距離Ｄ１を反映した検出信号を出力し、Ｘ軸上の右側に位置する非接触式センサー１Ｂは相対距離Ｄ２を反映した検出信号を出力し、Ｙ軸上に位置する非接触式センサー１Ｃと１Ｄは共に相対距離Ｄ３を反映した検出信号を出力する。
【００９６】
本実施形態においては、コントローラー１３において、四つの非接触式センサー１Ａと１Ｂと１Ｃと１Ｄの検出信号の平均を計算することにより、四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄとセンサーターゲット４との間の相対距離の平均を求める。
【００９７】
これにより、本実施形態の顕微鏡装置は、第一実施形態と同様の利点に加えて、対物レンズ５がどの方向に傾斜した場合にも、対物レンズ５の先端部と試料台３との間の相対距離を正しく検出することが可能であるという利点を有している。
【００９８】
本実施形態では、四つの非接触式センサー１Ａ〜１Ｄを有している例をあげたが、その個数は、これに限定されるものではなく、例えば、三つであってもよく、あるいは、五つ以上であってもよい。
【００９９】
これまで、図面を参照しながら本発明の実施の形態を述べたが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。
【０１００】
【発明の効果】
本発明によれば、周囲温度の変化や振動等の影響による合焦ずれの発生が抑えられた顕微鏡装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第一実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図２】 図１に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示している。
【図３】 対物レンズを保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長した様子を示している。
【図４】 本発明の第二実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図５】 本発明の第三実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図６】 対物レンズを保持している部材が周囲温度等の変化により熱膨張して伸長すると共に傾斜した様子を示している。
【図７】 本発明の第四実施形態の顕微鏡装置を示している。
【図８】 図７に示される対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。
【図９】 本発明の第五実施形態の顕微鏡装置における対物レンズとその周辺部を拡大して示しており、対物レンズが傾斜した様子が描かれている。
【符号の説明】
１…非接触式センサー、１Ａ〜１Ｄ…非接触式センサー、２…観察試料、３…試料台、４…センサーターゲット、５…対物レンズ、６…レボルバー、７…準焦ハンドル、８…退避スイッチ、９…復帰スイッチ、１０…モーター、１１…センサーアンプ、１２…制御スイッチ、１３…コントローラー、１５…ターゲット支持部材、１６…試料台、１７…ステージ、１８…ＸＹステージ、１９…ＸＹステージコントローラー、２０…記憶スイッチ、２１…記憶位置選択スイッチ、２２…非接触式センサー。
Claims (8)
- 観察試料を光学的に観察する顕微鏡装置であり、
対物レンズと、
前記対物レンズを保持する、周囲温度等の変化により傾斜する対物レンズ保持部と、
観察試料が載置される試料台と、
前記対物レンズに設けたターゲットと前記試料台に設けたセンサーとの間の相対距離を検出する変位検出系と、
前記試料台または前記対物レンズの一方を光軸方向に移動させる移動機構と、
前記変位検出系で検出される情報に基づいて移動機構を制御して前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を調節する制御部とを有しており、
前記センサーは少なくとも、前記対物レンズ保持部が傾斜していない状態での前記対物レンズの光軸を通るとともに前記対物レンズ保持部の傾斜方向に対して直交する直線上に配置されている、顕微鏡装置。 - 請求項１において、前記センサーは非接触式センサーであり、前記ターゲットはセンサーターゲットである、顕微鏡装置。
- 請求項１又は２の内のいずれか一つにおいて、前記センサーは試料台の光学的な開口を取り囲んでおり、前記ターゲットは前記対物レンズを取り囲んでいる、顕微鏡装置。
- 請求項１又は２の内のいずれか一つにおいて、前記センサーは複数であり、前記対物レンズ保持部が傾斜していない状態での前記対物レンズの光軸に直交する平面上であって、前記対物レンズの前記光軸に対して対称な位置に配置されている、顕微鏡装置。
- 請求項１ないし４の内いずれか一つにおいて、前記ターゲットは導電性物質から成り、前記センサーは静電容量センサーである、顕微鏡装置。
- 請求項１ないし４の内いずれか一つにおいて、顕微鏡装置は、前記対物レンズを含む観察光学系を有しており、前記制御部は、前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を前記観察光学系の焦点深度よりも小さいステップで調節し得る、顕微鏡装置。
- 請求項１ないし４の内いずれか一つにおいて、前記制御部は、対物レンズと前記試料台との間の相対距離を一定に維持する、顕微鏡装置。
- 請求項１ないし７の内いずれか一つにおいて、前記制御部は、所定の観察位置と、その観察位置における前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を記憶する記憶部を含んでおり、所定の時間間隔をおいて、所定の観察位置における前記対物レンズと前記試料台との間の相対距離を、前記記憶部に記憶されている前記相対距離に調節する、顕微鏡装置。
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